نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                                       تاریخ:31/01/1393

عنوان آزمایش:اسپکتروفتومتری

هدف آزمایش:اندازه گیری غلظت محلولCu²⁺ با روش اسپکتروفتومتری

مواد و ابزار لازم:محلول Cu²⁺ 1/0M ، محلول آمونیاک غلیظ ، آب مقطر ، دستگاه اسپکترومتری ، لوله آزمایش

تئوری آزمایش:

دستگاه طیف‌سنج نوری

طیف‌سنجی نوری یا اسپکتروفتومتری (به انگلیسی: Spectrophotometry) در شیمی، روشی است برای سنجش و مطالعه طیف الکترومغناطیسی. در این روش با استفاده از میزان اندازه جذب نور نمونه‌ها، غلظت آنها را تعیین می‌کند. همچنین از آن می‌توان برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های دی‌ان‌ای و آران‌ای استفاده نمود.

این شیوه در دستگاه طیف‌سنج نوری با نام اسپکتروفوتومتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در اسپکتوفتومتری مریی، جذب یا انتقال ماده می تواند به وسیله رنگ مشاهده شده تعیین شود. برای نمونه محلولی که نور را در بالاتر از طیف مریی است و هیچ طول موج مریی را عبور نمی دهد به طور تئوری به رنگ سیاه است. از سویی دیگر اگر همه طول مرئی را عبور دهد و هیچ نوری را جذب نمی کند نمونه محلول به رنگ سفید است. اگر نمونه محلول رنگ قرمز را جذب کند برابر با ۷۰۰ نانومتر به رنگ سبز طاهر می شود چون سبز رنگ مکمل قرمز است. اسپکتوفتومتر های مریی در عمل از منشوری برای خرد کردن طیف معینی از طول موج استفاده می کنند (فیلتر امواج نوری دیگر) به همین دلیل شعاع ویژه ای از نور از طریق نمونه محلول عبور می کند.

فتومتري و اسپكتروفتومتري

 اسپكتروفوتومتر براي تعييين غلظت مواد موجود در محلول‌ها (محلول‌هاي بدن نظير خون) استفاده مي‌‌شود. دستگاه شامل سه قسمت مكانيكي، اپتيكي و الكترونيكي مي‌باشد. از لحاظ عملكرد كاري دستگاه شامل 2 قسمت است:

1-      قسمت اسپكترومتر يا همان طيف‌سنجي

2-      قسمت فوتومتر يا نورسنجي

اسپكترومتر بخشي از دستگاه است كه نور ثابت با دامنه مشخص به وجود مي‌آورد. شامل منبع نور، عدسي، شكاف‌ها و صافي (فيلتر) است. براي فيلتر نمودن از منشور يا Grating استفاده مي‌شود. بخش فوتومتر از قسمت‌هاي سنجش نور و ضبط آن تشكيل شده است. منظور از سنجش نور اندازه‌گيري مقدار روشنايي يا شدت نوري است كه منبع نور به نقطه معيني از فضا مي‌فرستد. معمولاً چشم انسان قادر است كه تساوي يا عدم تساوي دو صفحه روشن را به شرطي كه در مجاورت هوا قرار گيرد تشخيص دهد و در روشنايي متوسط اين تشخيص بهتر است. اگر ازدو منبع متفاوت نور به دو سطح مجاور بتابانيم چشم مي‌تواند تشخيص دهد كه كدام روشن‌تراست ولي قادر نيست مقدار اختلاف روشنايي را تعيين كند.

روشنايي يك صفحه به سه عامل بستگي دارد:

1-      شدت نور و عوامل مربوط به منبع نوراني

2-      فاصله بين منبع نوراني و صفحه روشن‌شده و وضع نسبي اين دو

3-      جنس و ساختمان صفحه روشن شده

قانون بي‌يي s Low)ُBeer)

مطابق قانون بي‌يي، بين مقدار جذب و غلظت ماده جاذب نور رابطه متقابل وجود دارد:

در رابطه   توان تشعشعي ورودي به نمونه، P توان تشعشعي خروجي از نمونه، a ضريب جذب نمونه، l طول مسير پيموده شده توسط نور و c غلظت ماده جاذب نور است.

در رابطه (2) فرمول به درصد عبور (Transmitance)نور از نمونه محاسبه شده است: 

در رابطه (3) فرمول مربوط به ميزان جذب نور توسط نمونه محاسبه شده است كه با ساده كردن آن رابطه (A) كه رابطه كليدي مورد استفاده در دستگاه فوتومتر است حاصل مي‌شود.

مطابق رابطه (4) بين ميزان جذب نور توسط نمونه و غلظت نمونه رابطه مستقيم وجود دارد. در اين رابطه، A متناسب با غلظت ماده جاذب نور خواهد بود. در نتيجه با در دست داشتن مقدار جاذب نور خواهد بود. در نتيجه با در دست داشتن مقدار جاذب ماده مورد نظر مي‌توان غلظت آن را تعيين كرد. اگر ميزان جذب خيلي بزرگ يا خيلي كوچك باشد خطاي سيستم فوتومتري قابل صرف‌نظر نخواهد بود.

مقايسه بين اسپكتروفتومتر و فتومتر:

در اسپكتر و فتومتر به وسيله منشور و يا توري پراش (Grating) نور مونوكروماتيك توليد مي‌شود، بنابراين در آنها طيف پيوسته است، در صورتي كه در فتومترها فيلتر نقش مونوكروماتور را بر عهده دارد و به همين دليل تغييرات طول موج گسسته است (به تعداد فيلترهاي دستگاه است) در فتومترها بسته به نوع كاربرد 6 الي 8 عدد فيلتر كه بيشترين كاربرد را در تشخيص آزمايشگاهي دارند، در دستگاه تعبيه مي‌شود و با اين چند عدد فيلتر مي‌توان بسياري از روش‌هاي اندازه‌گيري را با دقت خوبي انجام داد. استفاده از اسپكتروفتومترها بيشتر در كاربردهاي تحقيقاتي توصيه مي‌شود.

همانطور كه اشاره شد اسپكتروفوتومتر دستگاهي است كه از دو قسمت اسپكترومتر و فوتومتر تشكيل شده است.

نور انرژي الكتروتكنيك است و داراي ذره موج است. اين امواج از روي طول موج آنها مشخص مي‌شود.

نور سفيد تركيبي است از امواج الكتروتكنيك با طول موج‌هاي متفاوت هر چه طول موج كوتاه‌تر باشد مقدار انرژي بيشتر است.

نور ماوراي بنفش با طول موج كوتاه‌تر داراي انرژي بيشتري از نورهاي مرئي است.

در طيف نور مرئي شدت نور در بخش‌هاي مختلف متفاوت است و بيشتر با طول موج‌هاي داراي حداكثر شدت در طيف نور مرئي است. (عرض باند)

نور هنگام عبور از محيطي به محيط ديگر شكسته مي‌شود. از اين خاصيت براي جدا كردن نور با طول موج مورد نياز استفاده ‌مي‌كنند.

هنگامي كه نور از سوراخ كوچكي عبور مي‌كند در صفحه مقابل لكه‌هاي تيره و روشن درست مي‌شود لكه‌هاي روشن از تداخل امواج هم‌فاز و لكه‌هاي تيره از امواج غير هم‌فاز به وجود مي‌آيد. هنگام عبور نور از شيء يا محلول مقداري انرژي از آن حذف شده و بقيه آن عبور مي‌كند براي جذب نور بر حسب رنگ محلول مورد آزمايش نوري با رنگ مكمل رنگ محلول از آن عبور مي‌دهند.

مثال: اگر محلولي را آبي ببينيم (سولفات مس) به اين دليل است كه رنگ محلول خود را كه زرد است جذب كرده و رنگ آبي آن به چشم مي‌خورد بنابراين اگر بخواهيم غلظت محلول سولفات مس را اندازه‌گيري كنيم رنگ مكمل آن رنگ زرد را مي‌تابانيم تا به وسيله آن جذب شود و از اين خاصيت استفاده كرده و به وسيله اسپكتروفوتومتر غلظت مواد را اندازه‌ مي‌گيريم.

اجزاي اسپكتروفوتومتر

1-    منبع انرژي الكتريكي

اين منبع برق مورد نياز دستگاه اعم از قسمت نوري، تقويت كننده‌ها و پردازشگرها را كه مولدهاي الكترونيكي هستند تأمين مي‌كند اين منبع در دستگاههاي قابل حمل يا پروتابل باطري مي‌باشد ولي اكثراً برق شهر است كه با گذشتن از ترانس رگوله مي‌شود. رگوله شدن برق حائز اهميت است چون به محض عوض شدن ولتاژ ورودي، كايبراسيون دستگاه به هم مي‌خورد و نتايج صميمي بدست نمي‌آيد.

2-    منبع انرژي نوراني

نوري كه بايد به محلول بتابد توسط لامپ الكتريكي توليد مي‌شود. اين نور بايد رگوله باشد تا به مرور زمان شدت نور كه در واقع همان فلو مي‌باشد تغيير نكند و نور ورودي به محلول ثابت باشد. نقش نور ايجاد منبع انرژي تشعشعي مي‌باشد. لامپ‌هاي تنگستن طول موج‌هاي زيادي را به طور ممتد توليد مي‌كنند كه جهت اندازه‌گيري در منطقه مرئي و بالاتر از طيف ماوراء بنفش (از 350 تا 700 نانومتر) مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در طول موج‌هاي پائين‌تر از 340 نانومتر، پوشش شيشه‌اي فيلامان شروع به جذب مي‌نمايد، همچنين در درجه حرارت به وجود آمده در اثر كار كردن مقداري از فلز تنگستن بخار شده و در حباب شيشه‌اي لامپ متراكم مي‌شود. سطح سياه ايجاد شده در لامپ از شدت انرژي تشعشعي مي‌كاهد و طيف نور خروجي را تغيير مي‌دهد.

چون لايه‌اي كه در اثر تبخير فلز ايجاد شده مثل يك فيلتر قسمتي از نور را جذب مي‌كند. اثر نامطلوب اين پوشش در دستگاهايي كه دو فوتوسل دارند مثل Auto Analyzer بيشتر است. فتوسل‌ها در زاويه قائم از يكديگر قرار گرفته‌اند و اين پوشش چون يكنواخت نيست مقدار عبور نور در جهات مختلف يكسان نيست در نتيجه تحريكات فتوسل‌ها نيز متفاوت مي‌شود.

لامپ دوتريم

هر طيف ممتد را در ناحيه ماوراء بنفش توليد مي‌نمايد و جهت اندازه‌گيري طول موج‌هاي 360-190 ناتومتر توصيه مي‌شوند. در طول موج‌هاي بالاتر، تشعشع بيش ازحد ممتد نمي‌باشد. همچنين از لامپ‌هاي هيدروژن، جيوه، گزنون جهت اندازه‌گيري طيف ناحيه ماوراء بنفش استفاده مي‌شود، طيف خارج شده از منبع نور با تغييرات درجه حرارت تغيير مي‌نمايد. بنابراين ولتاژ بايد به طور دقيق تنظيم شود تا اطمينان حاصل شود كه طيف نور بدون تغيير باقي مي‌ماند.

1-2 منابع تابش:

براي اينكه منبع تابش جهت اندازه‌گيري‌هاي جذب مناسب باشد، بايد برخي شرايط را دارا باشد. اولاً: بايد پرتويي كه توان كافي براي آشكارسازي و اندازه‌گيري فوري را دارا باشد. ثانياً منبع بايد تابش پيوسته‌اي را فراهم كند؛ يعني طيف آن بايد حاوي تمام طول موجها در ناحيه‌اي باشد كه در آن ناحيه‌، منبع مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بالاخره، منبع بايد با ثبات باشد. توان پرتو تابش بايد در طول زمان لازم براي اندازه‌گيري هم  ثابت بماند. تنها تحت اين شرايط، اندازه‌گيري‌هاي جذبي تكرارپذيرند. بعضي از دستگاهها به نحوي طراحي شده‌اند كه مي‌توانند  را همزمان اندازه‌گيري كنند. در اينجا نوسانات بازده منبع هيچ مشكلي ايجاد نمي‌كند.

2-2 منابع تابش مرئي

متداول‌ترين منبع تابش مرئي لامپ سيم تنگستن است. توزيع انرژي اين منبع تقريباً نزديك به توزيع انرژي جسم سياه است و بنابراين به دما بستگي دارد. دربيشتر دستگاههاي جذبي، دماي عملياتي سيم در حدود  kﹾ2870 است. بنابراين بخش عمده انرژي در ناحيه مادون قرمز نشر مي‌شود. يك لامپ سيم تنگستن براي نواحي طول موج بين 320 تا 2500 نانومتر مفيد است.

در ناحيه مرئي، بروندار انرژي يك لامپ تنگستن تقريباً با توان چهارم ولتاژ عملياتي تغيير مي‌يابد. در نتيجه كنترل دقيق ولتاژ براي يك منبع تابشي پايدار الزامي است. مبدلهايي با ولتاژ ثابت، يا تنظيم‌كننده‌هاي ولتاژ الكترونيكي غالباً براي اين منظور به كار مي‌روند. همچنين لامپ مي‌تواند به كمك يك باطري 6 ولتي عمل كند كه اگر اين باطري در شرايط خوبي نگهداري شود، يك منبع ولتاژ فوق‌العاده ثابتي را در اختيار مي‌گذارد.

3-2 منابع براي تابش ماوراء بنفش

طيف پيوسته در ناحيه ماوراء بنفش به سادگي با تحريك هيدروژن در فشار كم با يك تخليه الكتريكي توليد مي‌شود. دو نوع لامپ هيدروژن موجود است. در نوع با ولتاژ بالا، پتانسيلهاي 2000 تا 6000 ولت به كار گرفته مي‌شوند تا باعث تخليه بين الكترودهاي آلومينيوم گردند. اگرقرار باشد كه تابشهاي با شدتهاي بالا ايجاد شوند، سرد كردن لامپ به كمك آب سرد ضروري است. در لامپهاي با ولتاژ پائين، كماني بين يك سيم اندوده از اكسيد گرم شده، و يك الكترود فلزي ايجاد مي‌شود. براي حفظ اين كمان حدود 40 ولت dc لازم است.

هر دو لامپهاي دوتريم تحت شرايط مشابه اين حسن را نسبت به لامپ‌هاي هيدروژن دارند كه تابش پيوسته با شدت بيشتري توليد مي‌كنند.

3-    مونوكروماتور:

اين بخش شامل عدسيها و شكافها و صافيهاست. عدسيها براي متمركز كردن نور و شكافها براي باريك كردن پرتو به كار مي‌روند. چون هر ماده طول موج خاصي را جذب مي‌كند و از طرف ديگر منبع نور، نور سفيد توليد مي‌كند لذا نياز به صافي براي تك‌رنگ كردن نور داريم. صافي يك طول موجهاي خاصي را عبور داده و بقيه را عبور نمي‌دهد. براي فيلتر كردن از شيشه‌هاي رنگي يا منشور استفاده مي‌كنيم و همچنين از گريتينگ Grating هم براي فيلتر استفاده مي‌شود.

عملكرد شيشه‌هاي رنگي بدين صورت است كه براي هر نوري يك شيشه وجود دارد. چون در سيستم اسپكتروفتومتر از چندين طول موج استفاده مي‌شود به همين دليل تنها با شيشه‌هاي رنگي به مقصود نمي‌‌رسيم و بايد از منشور يا گريتينگ استفاده كنيم. اگر از منشور استفاده كنيم براي نور مرئي جنس منشور از شيشه و براي نور ماوراء بنفش از كوارتز است. زيرا افت نور ماوراء بنفش در شيشه خيلي زياد است.

براي ساختن گريتينگ روي شيشه كوچكي، آلومينيوم يا مس قرار مي‌دهند. (يك لايه خيلي نازك به وسيله بخارنشان) و براي آن شيارهاي ظريف ايجاد مي‌كنند. نور پس از برخورد به اين صفحه در اثر پديده پراش (Diffraction) تجزيه مي‌شود و يك طيف پيوسته از مؤلفه‌هاي نور مي‌دهد. سپس با استفاده از شكاف و گرداندن گريتينگ طول موج مورد نظر را از بقيه جدا مي‌كنند.

جهت انتخاب طول موج دلخواه، منشور يا سيستم گريتينگ چرخيده مي‌شود تا طول موج مناسب از شكاف خروجي هدايت شود.

نصف نور عبوريافته با رسم شدت نور خروجي از مونوكروماتور در مقابل طول موج و اندازه‌گيري پهناي قله در  ارتفاع قله بدست مي‌آيد. به طول كلي فيلتر ايده‌آل آن فيلتري است كه بتواند فقط نور مورد نظر را از خود عبور دهد و داراي كمترين نور ناخالص باشد. (Stray Hight) جنس فيلترها از شيشه‌هاي رنگي مي‌باشد كه از نمكهاي بعضي ازفلزات ساخته شده‌اند فيلترهاي قرمز از نمك كرونيم و فيلترهاي آبي ازنمك كبالت ساخته شده است.

الف- صافيها.

1-    انتخاب نور با صافيها

به سه دليل تابشي كه به يك ناحيه محدود از طول موجها محصور است در تكنيكهاي كمي به كار گرفته مي‌شود:

1-      احتمال تبعيت دستگاه جذب‌كننده از قانون بير به مقدار زيادي افزايش مي‌يابد.

2-      گزينش‌پذيري بيشتري را تضمين مي‌كند، زيرا از احتمال مزاحمت موادي كه در ساير نواحي عمل جذب را انجام مي‌دهند، كاسته مي‌شود.

3-      اگر تنها طول موجهايي كه به شدت جذب مي‌شوند به كار گرفته شوند، به ازاء افزايش جزئي در غلظت، تغيير بزرگتري در جذب مشاهده خواهد شد. بنابراين حساسيت بيشتري حاصل مي‌شود.

ازبين وسايل مختلفي كه نوارهاي محدود تابشي توليد مي‌كنند، صافيها ساده‌ترين و ارزان‌ترين هستند. دو نوع صافي جذبي و صافي تداخلي در دسترس است. مشخصات يك صافي مي‌تواند بر حسب طول موج حداكثر عبور و عرض مؤثر نوار شرح داده شود. عرض مؤثر نوار حدودي از طول موج را نشان مي‌دهد كه در آن عبور به نصف مقدار حداكثر خود كاهش داده مي‌شود.

2-    صافيهاي جذبي

صافي‌هاي جذبي به جذب كردن بعضي از قسمتهاي طيفها، تابش را محدود مي‌كنند. متداول‌ترين نوع آن مركب از يك شيشه رنگي و يا يك رنگ معلق در ژلاتين است كه بين در صفحه شيشه‌اي به شكل ساندويچ قرار دارد. شيشه رنگي اين حسن را دارد كه داراي پايداري حرارتي بيشتري است.

صافي‌هاي جذبي داراي عرض مؤثر نواري مي‌باشند كه شايد از 30 تا 250 نانومتر تغيير مي‌كند. صافي‌هايي كه باريك‌ترين عرض نوار را فراهم مي‌كنند، بخش قابل ملاحظه‌اي از تابش مورد نظر را نيز جذب مي‌كنند و ممكن است در پيكهاي نوار خود داراي عبوري معادل با 1/0 و يا حتي كمتر باشند. صافي‌هاي شيشه‌اي با ماكسيمم عبور در كل طول ناحيهمرئي به طور تجارتي در دسترس‌اند و نسبتاً ارزان‌اند.

صافي‌هاي قطع‌‍كننده در طول بخشي از طيف مرئي عبوري نزديك به 100 درصد دارند، امّا در طول بقيه طيف عبور آنها به سرعت به صفر تنزل مي‌كند. به وسيله جفت كردن يك صافي قطع‌كننده با يك صافي دوم، مي‌توان يك نوار باريك از طيف را جدا كرد.

3-    صافيهاي تداخلي

همانطور كه نام اين صافيها مي‌رساند، طرز كار اين‌ها بر تداخل نوري تكيه دارد تا نوارهاي نسبتاً باريك تابشي را توليد كند. يك صافي تداخلي مركب از يك دي‌الكتريك شفاف (اغلب كلسيم فلوئوريد و يا منيزيم فلوئوريد) است كه فضاي بين دو فيلم فلزي نيم‌شفاف اندودشده روي سطوح داخلي دو صفحه شيشه‌اي را اشغال مي‌كند. ضخامت اين لايه دي‌الكتريك با دقت كنترل مي‌شود و همين ضخامت است كه طول موج تابش عبور داده شده را معين مي‌سازد. وقتي كه يك پرتو عمودي از تابش موازي به اين صفوف لايه‌ها برخورد مي‌كند، قسمتي از آن از درون اولين لايه فلزي عبور مي‌كند، درحالي كه باقيمانده بازتابيده مي‌شود. قسمتي كه رد مي‌شود، در برخورد با دومين فيلم فلزي، تقسيم مشابهي را تحمل مي‌كند. اگر قسمت بازتابيده از اين برخورد دوم داراي طول موج مناسبي باشد، قسمتي از آن از سمت دروني اولين لايه، هم‌فاز با نور وارد شده با همان طول موج، بازتابيده مي‌شود. نتيجه اين است كه اين طول موج بخصوص تقويت مي‌شود، در حالي كه بيشتر بقيه طول موجهايي كه خارج از فاز هستند متحمل تداخل تخريبي مي‌شوند. صافي‌هاي تداخلي عموماً عرضهاي نواري بسيار باريكتر (به باريكي 10 نانومتر) و عبورهاي بيشتري ازطول موج مورد نظر را نسبت به صافي‌هاي نوع جذبي فراهم مي‌كنند. صافي‌هاي تداخلي كه نوارهاي تابشي از ناحيه ماوراء بنفش تا حدود ناحيه مادون قرمز را فراهم مي‌كنند، مي‌توانند خريداري شوند.

تكفام‌سازها

تكفام‌ساز وسيله‌اي كه تابش را به اجزاء سازنده آن تفكيك مي‌كند و اجازه مي‌دهد كه هر قسمت دلخواهي از طيف را از باقيمانده آن مجزا كنند. به طور كلي يك تكفام‌ساز حاوي يك دستگاه متشكل از شكافها، عدسي،ها و يك عنصر پاشان است كه مي‌تواند يك منشور يا يك شبكه پراش باشد.

نور از درون يك شكاف وارد مي‌شود، توسط يك عدسي موازي مي‌گردد، و سپس با زاويه‌اي به سطح منشور برخورد مي‌كند. شكست در هر دو سطح منشور به وقوع مي‌پيوندد؛ تابش پاشيده سپس بر روي سطحي كه كمي خميده است و حاوي شكاف خروجي است، متمركز مي‌شود. با چرخاندن منشور مي‌توان باعث خروج تابش با طول موج مورد نظر اين شكاف شد.

1-    پاشندگي با منشورها

ارتباط پيچيده‌اي كه همراه با پاشندگي يك تكفام‌ساز منشوري وجود دارد باعث مي‌شود كه يك توزيع غيرخطي از طول موجها، درطول صفحه شكاف خروجي مشاهده شود.

دو نوع از تكفام‌سازهاي منشوري معمولاً در دستگاهها براي اندازه‌گيري جذب تابش مورد استفاده قرار مي‌گيرند. تكفام‌ساز بونزن يك منشور 60 درجه‌اي را به نحوي به كار مي‌برد. شكاف ورودي در نقطه كانوني عدسي اول قرار گرفته است كه اين عدسي پرتو را قبل از آنكه به سطح منشور برخورد كند، موازي مي‌سازد. سپس عدسي دوم تابش پاشنده را بر روي سطحي كه حاوي شكاف خروجي است، متمركز مي‌سازد.

وقتي كه كوارتز كريستالي براي يك تكفام‌ساز از نوع بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرد، به علت فعاليت نوري كوارتز يك منشور كورنو بايد به كار رود. يك پرتو تابش در حال عبور از درون كوارتز به دو پرتو قطبيده دوراني تقسيم مي‌شود كه سرعتهاي متفاوتي دارند. اين مشكل با ساختن يك منشور كورنو 60 درجه از دو منشور 30 درجه، يكي از كوارتز چپ گرد و ديگري از كوارتز راست گرد، رفع مي‌شود. به اين ترتيب تفاوت در سرعتهاي دو مسير جبران مي‌شود.

تكفام‌ساز ليترويك منشور 30درجه دارد كه در طول محور عمودي خود با نقره پوشانده شده است. بنابراين تابش از همان سطحي كه وارد مي‌شود، خارج مي‌گردد امّا درجه شكست آن با يك منشور 50 درجه است. منشورهاي ليترو به طور وسيعي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، زيرا كه باعث فشردگي ساختمان دستگاه مي‌شوند. مضافاً، برگشت مسير در چنين منشوري هر گونه اثر فعاليت نوري را از ميان مي‌برد، بنابراين احتياجي به ساختن منشور از دو قطعه نيست.

2-    پاشندگي با شبكه پراش:

پاشندگي تابش ماوراء بنفش، مرئي و مادون قرمز مي‌تواند با عبور پرتو از درون يك شبكه عبوري يا توسط بازتابش از يك شبكه بازتاب حاصل شود. يك شبكه عبوري مركب از يك سري شيارهاي موازي بسيار نزديك به هم است كه بر روي يك قطعه شيشه يا يك ماده شفاف ديگر كشيده شده است. يك شبكه مناسب براي استفاده ازناحيه ماوراء بنفش و مرئي در حدود 15000 خط در هر اينچ دارد. اين مسئله بسيار مهم است كه در طول چند اينچي يك شبكه نوعي، حتماً اين خطوط به فاصله‌هاي دقيقاً مساوي رسم شده باشند. براي توليد چنين شبكه‌هايي احتياج به دستگاههايي است كه بسيار استادانه ساخته شده باشند و در نتيجه قيمت اين شبكه‌ها گران است. شبكه‌هاي المثني ارزانترند. اين شبكه‌ها با استفاده از يك شبكه اصلي به عنوان قالب براي توليد تعداد زيادي المثني‌هاي پلاستيك ساخته مي‌شود. محصولات اين فرآيند در عين حال كه طرز كارشان نسبت به شبكه اصلي در سطح پائين‌تري قرار دارد، ولي براي بسياري از موارد استفاده كافي‌اند.

 وقتي كه تابش از يك شكاف به يك شبكه عبوري تابيده شود، هر يك از شيارها مانند يك منبع نور جديد عمل مي‌كند. تداخل بين تعداد زيادي از پرتوها، منجر به پاشيدگي تابش به طول موجهاي سازنده تابش مي‌شوند. اگر تابش پاشيده را بر روي يك سطح مسطح متمركز كنيم، طيفي به دست مي‌آيد كه شامل يك سري از تصاوير شكاف ورودي است.

شبكه‌هاي بازتاب، خط كشيدن بر روي يك سطح فلزي صيقلي شده و يا با نشاندن يك فيلم نارك از آلومينيوم به كمك تبخير بر روي سطح يك شبكه المثني، به دست مي‌آيند. براي اينكه تداخل سازنده اتفاق افتد لازم است كه تساوي زير برقرار باشد:                                                          

امّا به آساني مي‌توان ديد كه                 

در اينجا d فاصله بين خطوط كشيده شده و i زاويه پرتو فرودي با خط عمود است. همچنين مشاهده مي‌شود كه:

در اينجا  زاويه بازتابش و علامت منفي به اين خاطر بروز مي‌كند كه طبق قرارداد، علامت زاويه بازتابش عكس علامت زاويه فرود است. بنابراين شرايط براي تداخل سازنده عبارت‌اند از:

3-    شكافها

شكافهاي يك تكفام‌ساز نقش مهمي را در تعيين كيفيت آن ايفا مي‌كنند. دو فك شكاف با ماشين كردن دقيق دو قطعه از فلز ساخته مي‌شوند تا لبه‌هاي تيزي را توليد كنند. دقت مي‌شود تا اطمينان حاصل گردد كه لبه‌هاي شكاف دقيقاً موازي يكديگر هستند و در يك صفحه قرار دارند.

در بعضي تكفام‌سازها دهانه‌هاي دو شكاف ثابت است. معمولاً فاصله بين فكها مي‌تواند به كمك يك مكانيستم ميكرومتري تنظيم شود. شكاف ورودي به عنوان منبع تابش عمل مي‌كند و تصوير آن بر روي سطح حاوي شكاف خروجي متمركز مي‌شود. اگر منبع تابش مركب از چند طول موج جدا از هم باشد، يك سوي تصاوير به صورت خطوط روشن بر روي اين صفحه ظاهر مي‌شوند كه هر يك داراي طول موج معيني است. با چرخاندن عنصر پاشان، مي‌توان يك خط بخصوص را بر روي شكاف خروجي متمركز كرد. اگر شكافهاي ورودي و خروجي داراي اندازه‌هاي يكسان باشند (كه اغلب همينطور است) وقتي كه تكفام‌ساز مطابق با طول موج تابش تنظيم بشود، به طور نظري تصوير شكاف ورودي درست روي دهانه شكاف خروجي مي‌افتد. حركت پايه تكفام‌ساز در يك جهت يا جهت ديگر منجر به كاهش مداوم در شدت نشر مي‌شود. وقتي كه تصوير شكاف ورودي با تمام عرضش جابجا شود، مقدار شدت نشر به صفر مي‌رسد.

عرض مؤثر نوار يك تكفام‌ساز به قدرت پاشندگي منشور و شبكه و همچنين به عرض شكافهاي ورودي و خروجي بستگي دارد. بيشتر تكفام‌سازها مجهز به شكافهاي قابل تغييرند. به نحوي كه عرض مؤثر نوار بتواند تغيير كند. هر جا كه تفكيك نوارهاي جذبي باريك مورد نياز باشد، استفاده از مينيمم عرض شكاف توصيه مي‌شود. از طرف ديگر هر چه شكاف باريكتر باشد، كاهش مشهود در توان تابشي نشرشده مشاهده مي‌شود و اندازه‌گيري دقيق اين توان مشكلتر مي‌گردد.

بنابراين مي‌توان ازشكافهاي عريض‌تري براي تجزيه‌هاي كمي استفاده كرد. اين امر براي كارهاي كيفي كه در آنها جزئيات طيفي اهميت دارد، توصيه نمي‌شود.

بنابراين براي بدست آوردن تابش با يك عرض مؤثر نوار شاخص، بايد شكافهاي خيلي باريكتري را در طول موجهاي بلند در مقايسه با طول موجهاي كوتاه به كار گرفت.

4- تابش مزاحم

تابش خارج شده از يك تكفام‌ساز معمولاً ممكن است با مقادير كمي از تابشهايي با طول موجهاي كاملاً متفاوت با آنچه دستگاه براي آن طول موج تنظيم شده است، آلوده شده باشد چندين منبع براي اين تابش ناخواسته وجود دارد. بازتابشهاي پرتو از سطح قطعات نوري مختلف و از سطح محفظه تكفام‌ساز در اين مسئله مشاركت دارند. پخش به وسيله گرد و غبار موجود در هوا و يا روي سطوح قطعات نوري نيز مي‌تواند باعث رسيدن تابش سرگردان به شكاف خروجي شود. به طور كلي،با گذاشتن موانعي در نقاط مناسب در داخل تكفام‌ساز، و با اندودن سطوح داخلي آن با رنگ سياه يكدست، اثرات مزاحم به حداقل كاهش داده مي‌شود. به علاوه روي شكافهاي تكفام‌ساز به كمك پنجره‌هايي گرفته مي‌شود تا از ورود گرد و غبار و بخارات به داخل دستگاه جلوگيري به عمل آيد.

4-    تكفام‌سازي مضاعف

بسياري از تكفام‌سازي نوين حاوي دو عنصر پاشان هستند، يعني دو منشور، در شبكه و يا يك منشور در يك شبكه. اين ترتيب به نحو قابل ملاحظه‌اي از مقدار تابش سرگردان مي‌كاهد و همچنين پاشندگي و تفكيك طيفي بيشتري را فراهم مي‌سازد. مضافاً، اگر يكي از عناصر پاشان، شبكه باشد، طول موجهاي با مرتبه‌هاي بالاتر به وسيله عنصر دومي حذف مي‌شوند.

4- كووت (Cuvett)

كووت‌ها لوله‌هاي شيشه‌اي يا كوارتزي مخصوص گذراندن نمونه در دستگاه هستند. كه اين لوله‌ها بايد حتماً تميز باشند، تا جذب نور فقط مربوط به رنگ محلول بود و مربوط به جرم‌هاي روي شيشه نباشد. با عبور از محلول مقداري از نور جذب مي‌شود و مقداري عبور مي‌كند.

مانند مواد سازنده قسمتهاي نوري يك تكفام‌ساز، سلولها يا كووتها كه نمونه‌ها را در خود نگاه مي‌دارند نيز بايد از موادي ساخته شوند كه تابش را در ناحيه طيفي مورد نظر از خود عبور دهند. بنابراين، براي كار در ناحيه ماوراء بنفش زير 350 نانومتر، كوارتز يا سيلس گداخته شده مورد نيازند. اين مواد همچنين در ناحيه مرئي و تا حدود µ3 در ناحيه مادون قرمز نيز شفاف هستند. شيشه‌هاي سيليكاتي مي‌توانند در ناحيه بين 350 نانومتر و µ2 به كار گرفته شوند. در بعضي موارد نيز از ظروف پلاستيكي در ناحيه مرئي استفاده مي‌شود.

به طور كلي بهترين سلولها پنجره‌هايي دارند كه كاملاً عمود بر جهت پرتو مي‌باشند تا بدين ترتيب ضايعات بازتابش را به حداقل برسانند. بيشتر دستگاها يك جفت سلول دارند كه با توجه به مسير نور و مشخصات عبور، به نحوي جور شده‌اند كه امكان مقايسه دقيق توان عبور داده شده از نمونه و حلال را فراهم مي‌سازند. متداول‌ترين طول cm1 است. سلول‌هاي جفت‌شده و مدرج با اين اندازه، توسط منابع تجارتي مختلف در دسترس‌اند.

سلولهاي باطول مسيرهاي ديگر از cm1/0 و كمتر از cm10 هم مي‌توانند خريداري شوند. فاصله‌گيريهاي شفاف براي كوتاه كردن طول مسير سلولها، ازيك سانتي‌متر به 1/0 سانتي‌متر نيز در دسترس‌اند.

كووت‌ها ممكن است گرد يا مربع باشند. كووت‌هاي مربع‌شكل نسبت به كووت‌هاي گرد ترجيح داده مي‌شوند. زيرا هنگام حركت نور روي سطوح دايره‌اي مقداري از نور در اثر انعكاس يا انحراف از بين مي‌رود. روي كووت‌ها علامت مخصوص مشخص مي‌باشد كه هنگام قرار دادن در دستگاه بايد علامت فوق به سمت خواننده باشد. براي يكدست كردن يا كاليبراسيون كووت‌ها از روش زير مي‌توان استفاده كرد:

الف- محلول يك ماده رنگي پايدار را در غلظتي مناسب طوري تهيه كنيد كه در طول موج خاصي به طور تقريب T%50 را قرائت نمايد.

ب- دستگاه را روي طول موج خاصي جهت اندازه‌گيري تنظيم و آن را با بلانك رفرانس (Blank Refrence) روي T%100 تنظيم نمائيد.

ج- محلول را داخل كووت ريخته و T% قرائت كنيد. سر لوله را بسته تا ميزان جابه‌جائي T مشخص شود.

د- محلول را به كووت خشك قابل آزمايش ريخته ومجدداً T% را قرائت نمائيد. چنانچه درصد خطا بالاتر از T %5/0 باشد آن كووت قابل استفاده نيست.

مي‌توان كووت‌ها را چرخاند تا بهترين وضعيت حاصل شود و بهتر است دو سطح بالاي كووت‌ها را علامت‌گذاري كرد تا به طور صحيح در اسپكتروفتومتر قرار گيرند.

هنگامي كه اندازه‌گيري در بخش مرئي طيف (به طور تقريب در حدود 700-350 نانومتر) انجام مي‌گيرد. كووت‌هاي پلاستيكي يكبار مصرف يا شيشه‌اي ترجيح داده مي‌شوند و در طول موجهاي پائين‌تر در حد ماوراء بنفش از كووت‌هاي كوارتز يا سيليكات استفاده مي‌شود.

نكات اساسي كه در استفاده از كووت‌ها، بايد به آنها عمل كرد عبارتنداز:

الف- هرگز قسمت پايين كووت را با دست نگيريد چون نور از اين قسمت كووت عبور مي‌كند.

ب- موقع استفاده از كووت‌ها آنها را با پارچه نرمي كه پرز ندارد پاك كنيد.

ج- كووت‌ها را دو بار با محلول مورد آزمايش آبكشي كنيد.

د- محلول داخل كووت بايد عاري از حباب هوا باشد.

هـ- روي هر كووت علامت مخصوصي وجود دارد و موقعي كه كووت را در اسپكتروفتومتر مي‌گذارند بايد علامت مخصوص آن به طرف خواننده باشد.

و- از همان مسيري كه كووت را داخل اسپكتروفتومتر قرار داده‌اند از همان مسير آن را خارج مي‌كنيد.

ز- وقتي از دستگاه استفاده نمي‌شود دريچه روي محفظه كووت را ببنديد.

ح- كووت را نبايستي با محلول تميزكننده قوي شست حتي در محلول‌هاي ضعيف‌تر به مدت طولاني قرار ندهيد.

ط- در صورت اجبار بعضي مواقع لازم است كه داخل كووت را با سوآپ (Swap)پنبه‌اي تميز كرد.

ي- از كووت‌هاي كاليبره نشده استفاده نكنيد.

ك- بايد اندازه كووت و حجم محلول اندازه‌گيري مناسب باشد تا نور كافي براي جذب‌شدن به آن برسد.

ل- پس از اتمام كار، كووت‌ها را با ديترجنب (Detergent) ملايم شسته سپس با آب معمولي و آب ديونيزه تميز، و به شكل وارونه روي جالوله‌اي پلاستيكي گذاشته تا خشك شوند. كووت‌ها را بلافاصله بعد از استفاده بايد تميز و هرگز نبايد آنها را درون محلول ديترجنت غوطه‌ور نمود 

5- آشكارسازي تابش، شناساگرها (Detector)

در دستگاههاي اوليه، جهت اندازه‌گيري جذب تابش از روشهاي بصري يا عكاسي براي آشكارسازي استفاده مي‌شده است. اين روش‌ها تقريباً به طور كامل توسط اسباب‌هاي فوتوالكتريك جانشين شده‌اند كه انرژي همتابشي را به يك علامت الكتريكي تبديل مي‌كند. بحث ما محدود به آشكارسازي‌هايي از اين نوع است.

براي اينكه يك آشكارساز مفيد باشد بايد در مقابل انرژي تابشي در گستره وسيعي از طول موجها عكس‌العمل نشان دهد. مضافاً بايد به ترازهاي پائين توان تابش حساسيت داشته باشد، سريعاً در مقابل تابش عكس‌العمل نشان دهد، توليد علامتي الكتريكي كند كه بتواند به آساني تقويت شود و داراي تراز اغتشاش نسبتاً پائيني باشد (براي پايداري). بالاخره لازم است كه علامت توليدشده مستقيماً مناسب با توان پرتوي باشد كه به آشكارساز برخورد مي‌كند. يعني:

G= kp+k               (4-2)

در اينجا Gعكس‌العمل الكتريكي آشكارساز برحسب واحد جريان، مقاومت يا emf است.

ثابت kحساسيت آشكارساز را برحسب عكس‌العمل الكتريكي به ازاء هر واحد توان تابشي اندازه مي‌گيرد. بسياري از آشكارسازها يك عكس‌العمل ثابت كوچك به نام جريان سياه k دارند. اين در زماني است كه هيچ تابشي به سطح آنها برخورد نمي‌كند‍. دستگاههاي با اين نوع آشكارسازها كه عكس‌العمل جريان سياه دارند، معمولاً مجهز به يك مداير جبران‌كننده مي‌باشند تا علامتي ناهمسو ايجاد كنند كه kرا به صفر كاهش دهد. بنابراين تحت شرايط معمولي مي‌توان نوشت:

در اينجا G و نشان‌دهنده عكس‌العمل الكتريكي آشكارساز در مقابل تابشي است كه به ترتيب از محلول و حلال عبور مي‌كند. بنابراين جذب با رابطه زير داده مي‌شود:

سه نوع وسيله فوتو الكتريك اصلي براي آشكارسازي تابش به كار مي‌رود: (1) سلولهاي فوتو ولتايي كه در آنها انرژي تابش، جرياني را در سطح تماس بين يك نيم‌رسانا و يك فلز ايجاد مي‌كند. (2) فوتو لوله كه در آن تابش باعث فوتونشر الكترون‌ها از يك سطح جامد مي‌شود. (3) سلولهاي فوتو رسانا كه در آنها جذب تابش توسط يك نيم‌رسانا باعث تغييري در مقاومت الكتريكي مي‌شود. سلولهاي فوتو رسانا باعث تغييري در مقاومت الكتريكي مي‌شود. سلولهاي فوتو رسانا اصولاً براي آشكارسازي تابش در ناحيه 750 تا 3500 نانومتر به كار گرفته مي‌شوند.

6- الكتريك‌سنج

نقش اين قسمت قرائت انرژي الكتريكي خروجي از آشكارسازي و سپس نمايش داده‌ها به شكل فايل تغيير مي‌باشد. به طور معمول داده‌ها را بر حسب عبور نور يا جذب نمايش مي‌دهند. بعضي دستگاهها قادرند داده‌ها را به طور مستقيم بر حسب واحد غلظت ثبت نمايند. وسايل قرائت عبارتند از سيستم متريك، سيستم ديجيتال، سيستم چاپگر، سيستم ثبات يا چارت نواري كه عبور نور يا جذب را به شكل خط ترسيم مي‌نمايد. در اسپكتروفتومتر‌هاي ساره از سيستم گالوانومتر جهت قرائت انرژي حاصل از فتوتيوپ استفاده مي‌شود. گالوانومتر از يك مغناطيس دائم به شكل نعل اسب و سيم‌پيچ ظريف و يك عقربه و صفحه مدرج تشكيل شده است. جريان خروجي از آشكارساز از سيم‌پيچ گالوانومتر عبور كرده و باعث ايجاد ميدان الكتريكي مي‌شود در اثر برآيند دو ميدان موجود (ميدان مغناطيسي ثابت و ميدان الكتريكي بوجودآمده بر اثر جريان خروجي آشكارساز) عقربه‌اي كه به سيم‌پيچ فوق متصل مي‌باشد حركت مي‌كند. صفحه مقابل عقربه را درجه‌بندي كرده و از روي آن مقدار داده موجود در محلول را اندازه‌‌گيري مي‌نمايند.

روشهاي كنترل اسپكتروفتومتر

1-    تنظيم طول موج:

تنظيم طول موج بدين منظور صورت مي‌گيرد كه بتوان طول موج نشان داده شده توسط دستگاه را با طول موج انتخابي دستگاه ثابت كرد. بهتر است كه طول موج به صورت روزانه كنترل شود ولي اگر منبع نور تغيير كند تنظيم طول موج اجباري است. يك روش جهت تنظيم طول موج استفاده از فيلترهاي شيشه‌اي كمياب مانند ديديميوم اكسيد هوليوم مي‌باشد. فيلتر ديديميوم داراي باند جذبي وسيعي مي‌باشد و با استفاده از آن مي‌توان طول موج دستگاههاي با نور عبور يافته وسيع را تنظيم كرد. فيلتر اكسيدهوليوم داراي باند جذبي تند مي‌باشد كه به طور دقيق در منطقه مرئي و ماوراء بنفش (650-280 نانومتر) قرار گرفته و با استفاده از آن مي‌توان طول موج را در دستگاههاي با نور عبوريافته باريك را تنظيم كرد

2-    كنترل خطي:

كنترل خطي به اين منظور صورت مي‌گيرد تا حساسيت آشكارساز در حد وسيعي از طول موج به كار رفته دستگاه (حد طول موج مفيد اندازه‌گيري) ثابت شود. معمولي‌ترين روش جهت تأييد خطي استفاده ازمحلول‌هايي است كه از قانون بير تبعيت مي‌نمايند. محلول با غلظت شناخته‌شده رقيق، طوري كه حداقل سه غلظت از آن بدست آيد. جذب هر رقت در طول موج مشخص در مقابل محلول رفرانس (Refrence) قرائت مي‌شود. ميزان جذب روي محور عمودي و غلظت روي محور افقي روي كاغذ خطي رسم مي‌شود چنانچه حساسيت آشكارسازي خطي باشد، نقاط ترسيم‌شده تشكيل خط مستقيم را مي‌دهند. توصيه‌ مي‌شود كه كنترل خطي به طور هفتگي صورت گيرد.

منحني‌هاي جذب را مي‌توان هر هفته مقايسه نمود تا بتوان تعيين كرد كه آيا شيب خط با گذشت زمان تغيير كرده است يا نه. اثر كهنه شدن لامپ منبع را مي‌توان از روي تغيير در خطي بودن مشخص كرد.

بخش‌هاي مختلف دستگاه فتومتر

دستگاه فتومتر بر مبناي كاربرد آن مي‌تواند در اشكال مختلف يافت شود. ولي در تمامي انواع آن قسمت‌هاي اساسي زير مشترك هستند.

الف- منبع نور                            ب- محل نگهداري نمونه     ج- چرخ فيلتر                                               د- آشكارساز نوري   

م- تقويت‌كننده              ن-مبدل آنالوگ به ديجيتال و- پردازشگر و كنترل‌كننده                     هـ- صفحه كليد               

ي- صفحه نمايش     

توضيح مشخصات و عملكرد بخش‌هاي مختلف سيستم به شرح ذيل است:

منبع نور: منبع نور بايد توانايي توليد طول موج‌هاي لازم جهت انجام آزمايش‌هاي مختلف را داشته باشد. شرايطي كه اين منبع بايد داشته باشد عبارتند از:

1- شدت نور كافي: شدت نور لامپ بايد به حد كافي باشد تا نسبت سيگنال به نويز سيستم در حد مطلوب قرار گيرد. در اين صورت تأثيرپذيري سيستم از نويزهاي موجود كمتر خواهد بود.

2- پايداري: بايد مقدار انرژي نوراني لامپ در فاصله زماني كه براي اندازه‌گيري توان تشعشعي ورودي به نمونه و توان تشعشعي خروجي از آن لازم است، تغيير نكند با توجه به اهميت تثبيت نور لامپ در طول انجام آزمايش، از مداري جهت تثبيت نور استفاده شده است كه توضيحات مربوط به آن در بخش الكترونيك دستگاه آمده است.

3- طيف لامپ بايستي پيوسته باشد يعني اگر براي ناحيه مرئي به كار مي‌رود، تمام طول موج‌هاي اين ناحيه را توليد كند. به طور كلي استفاده از لامپ تنگستن هالوژن با شيشه كوارتز در كاربردهاي پزشكي مناسب باشد.

علت وجود هالوژن درون لامپ اين است كه در حالت عادي تنگستن از فيلمان بخار مي‌شود و لبه به جدار حباب مي‌چسبد. در حضور هالوژن، تنگستن نقطه تصعيد پائين‌تري پيدا مي‌كند در نتيجه مجدداً بخار شده و به فيلمان بر مي‌گردد. اين امر موجب مي‌شود كه لامپ تنگستن در طول عمر مفيد خود، نور نسبتاً يكنواختي داشته باشد. نكته قابل توجه ديگر در مور منبع نور اين است كه فيلمان لامپ بايد تا حد ممكن كوچك انتخاب شود.

ظرف حاوي نمونه كووت :

ظروفي كه نمونه ريخته مي شود سل (cell) يا كووت ناميده مي شود و معمولاً به شكل 1 بتواند  و يا مكعب مي باشد . مشخصه اپتيكي كدوت بايد به نحوي باشد كه مشخصه نور ورودي به سر كودت و يا خروجي از آن را تغير ندهد  معمولاً قطر كووت  يعني طولي كه نوراز از آن عبور مي كند ، cm 1 است. كووت  بايد كاملاً بي رنگ بوده و سطح دو طرف آن نيز موازي باشد  و قسمتي از سطح آن كه در معرض نور قرار مي گيرد از تماس مصون نگه داشته شود.

2                             KIO₃^-

214                    3×254

0/15                   X = 0/53

127gr                  1000

              نرمالیته و حجم پتاسیم یدات               0/53                    X = 4/2

N₁×V₁=N₂×V₂

N₁×18/5 = 4/2

N₁=

نرمالیته سدیم تیوسولفات                       N₁=0/22

N₁×V₁=N₂×V₂

0/2×6= N₂×40

N₂=

                        N₁=0/03

                   نرمالیته محلول ید                              0/03×4=0/12

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم نرمالیته سدیم تیوسولفات استاندارد شده 22/0 نرمال و نرمالیته محلول ید استاندارد شده 12/0 نرمال است.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- خالص نبودن مواد  3- کثیف بودن وسائل

   www.njavan.com وfa.wikipedia.orgوwww.matlabgah.comمنابع: سایت 

chemical- fany.blogfa.com و

نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                     تاریخ:13/11/1392

عنوان آزمایش:سنجش های حجمی اکسایش_کاهش

هدف آزمایش:تعیین غلظت محلول FeSO₄با محلول پتاسیم دی کرومات 1/0 نرمال

مواد و ابزار لازم:پتاسیم پر منگنات ، پتاسیم اگسالات ، اسید سولفوریک ، ارلن مایر ، بورت ، چراغ گاز ، پایه ، گیره

تئوری آزمایش:

مقدمه:

تيتراسيونهاي اكسايش-كاهش مانند تيتراسيونهاي اسيدوباز مي باشند با اين تفاوت كه تيتراسيونهاي اكسايش-كاهش بر مبناي انتقال الكترون استوار مي باشند و همانطور كه مي دانيم عامل اكسنده ،احيا مي شود وعامل كاهنده ،اكسيد مي شود.

تیتراسیون های اکسید – احیا
تیتراسیون های کاهشی مدت کوتاهی بعد از تیتراسیون اسید و باز معرفی و شناخته شدند. در اولین متد ها از قدرت اکسید کنندگی در آب (مخلوطی از ) برای تعیین کمی آن استفاده می شد.
به مرور متد های تیتراسیون اکسایش – کاهش با معرفی به عنوان تیترانتهای اکسید کننده و به عنوان تیترانتهای کاهشی، رو به افزایش نهاده به هر حال کاربرد تیتراسیون کاهشی برای گستره وسیعی از نمونه ها بخاطرکمبود محلول های شناساگر محدود می شد.
تیترانتهایی که در فرم های اکسایشی و کاهشی خودشان رنگ های متفاوتی داشتند می توانستند به عنوان اندیکاتور خودشان نیز استفاده شوند. به عنوان مثال رنگ ارغوانی به عنوان رنگ شناساگر در نظر گرفته می شد از آن جائی که وقتی به کاهش می یافت رنگ آن نیز بی رنگ می شد.
ولی به هر حال دیگر تیترانتها نیاز به یک شناساگر چشمی داشتند که به محلول اضافه شود. یکی از اولین این شناساگر دی فنیل آمین بود که در دهه 1920 معرفی شد و به مرور با افزایش این شناساگر ها کاربرد تیتراسیون های اسید احیا نیز بیشتر شد.
منحنی های تیتراسیون های اکسایش – کاهش
برای ارزیابی تیتراسیون های اکسید – احیا باید شکل منحنی را بشناسیم. در یک تیتراسیون اسید – باز یا یک تیتراسیون کمپلکسومتری منحنی تیتراسیون تغییر در غلظت ( به عنوان PH) یا (به عنوان PM) را در برابر تغییرات حجم واکنشگر یا تیتر کننده را نشان می دهد. برای تیتراسیون اکسید – احیا باید نیروی پتانسیل شیمیایی را در برابر حجم مونتیور کرد. برای مثال، درنظر بگیرید یک تیتراسیون که در آن آنالیت در یک شکل
کاهش یافته، ، به وسیله یک تیتر کننده در فرم اکسید شونده آن تیتر می گردد. واکنش تیتراسیون به صورت زیر است:
پتانسیل برای این واکنش از اختلاف میان پتانسیل های احیا برای نیمه واکنش های اکسید و احیا به دست می آید، بنابراین:
بعد از هر اضافه کردن تیترانت، واکنش بین آنالیت و تیترانت به حالت تعادل می رسد پس پتانسیل الکترو شیمیایی واکنش، ، صفر می گردد و متعاقباً، پتانسیل برای هر دو نیم واکنش را می توان برای مونیتور کردن پیشرفت واکنش استفاده کرد. قبل از نقطه پایانی مخلوط تیتراسیون شامل مقادیر پذیرفنتی از شکل های اکسید و احیا آنالیت می باشد، اما حاوی مقدار خیلی کمی از تیترانت که هنوز واکنش نداده می باشد. بنابراین، بهتر است که از معادله نرنست نیم واکنش آنالیت استفاده شود.
بعد از نقطه پایانی استفاده از نیم واکنش تیترانت برای تشکیل معادله نرنست آسان تر است از آن جائی که مقدار کافی از شکل های احیا و اکسید موجود هستند.
محاسبه منحنی تیتراسیون:
به عنوان مثال منحنی تیتراسیون را برای تیتراسیون محلول با استفاده از محلول نرمال محاسبه می کنیم.
ثابت تعادل این واکنش بسیار بزرگ است (در حدود ) بنابراین ما می توانیم فرض کنیم که آنالیت و تیترانت کاملاً با هم واکنش می دهند.
در ابتدا مقدار حجم مورد نیاز را برای رسیدن به نقطه اکی والان محاسبه می کنیم. در نقطه پایانی، داریم
پس برای رسیدن به نقطه پایانی لازم است در این جا چون 1 = n است. نرمالیته ومولاریته با هم برابرند. قبل از نقطه اکی والان از پتانسیل نیم واکنش آنالیت برای محاسبه استفاده می کنیم.
محاسبه غلظت های بعد از اضافه کردن محلول
از نقطه اکی والان تعداد مول های موجود و مول های اضافه شده، با هم برابرند برای به دست آوردن ، دو معادله نرنست () را با هم جمع می کنیم. ابتدا دو نیم واکنش را می نویسیم.
محل نقطه اکی والان:
هر چه واکنش کاملتر باشد، تغییر در پتانسیل الکترود سیستم بزرگتر است و نقطه هم ارزی مشخص تر.
در تیتراسیون های اسید – باز و تیتراسیون های کمپلکسومتری، نقطه پایانی تقریباً در نقطه خم منحنی در هنگامیکه منحنی به سمت بالا می رود قرار دارد و این نقطه تقریباً در وسط منحنی قرار دارد و این باعث می شود که پیدا کردن آن آسان باشد و آن را یک نقطه اکی والان تقارنی یا متقارن می نامیم.
هنگامی که استوکیومتری یک واکنش اکسید – احیا متقارن باشد (یک مول آنالیت برابر یک مول تیترانت) باشد، منحنی نیز متقارن است اما اگر استوکیومتری متقارن نباشد نقطه پایانی در وسط قرار نمی گیرد و ممکن است به بالاتر یا پایین تر منتقل گردد. در این حالت نقطه اکی والان را غیر متقارن می نامند.
تشخیص نقطه پایانی با استفاده از شناساگر ها
سه نوع از شناساگر ها برای تشخیص نقطه پایانی تیتراسیون های کاهشی استفاده می شود. بعضی از تیترانتها، مانند ، در حالت اکسایش و کاهش در محلول رنگ های کاملاً متفاوتی دارند. محلول کاملاً ارغوانی می باشد، در محلول های اسیدی، به شکل کاهش یافته آن، ، بی رنگ است. هنگامی که به عنوان تیتران اکسید کننده استفاده می شود محلول بی رنگ باقی مانده تا اولین قطره اضافه به محلول اضافه شود اولین حالت و طنین ماندگار رنگ ارغوانی نشانه رسیدن به نقطه پایانی است.
بعضی از مواد حالت اکسید و یا کاهش نمونه را تشخیص و معلوم می کنند. برای مثال، نشاسته با تشکیل کمپلکس آبی تیره می دهد که می تواند به عنوان علامتی برای حضور اضافه باشد (تغییر رنگ. بی رنگ به آبی)، یا تکمیل یک واکنش که در آن مصرف می شود. (تغییر رنگ: آبی به بی رنگ) مثال دیگری از شناساگر های خاص تیوسیانات است که تشکیل یک کمپلکس محلول قرمز رنگ ، با می دهد. مهمترین خاصیت شناساگر این است که نباید در واکنش احیا رسوب کنند و در حالت اکسایش و کاهش تغییر رنگ متفاوتی از خود نشان دهند. نیم واکنشی که باعث تغییر رنگ یک شناساگر اکسایش یا کاهش می شود به صورت زیر است:
اگر فرض کنیم که وقتی تغییر رنگ شناساگر از حالت به رخ می دهد. که نسبت غلظت های آن از تا باشد معادله به صورت زیر در می آید.
یک بار به جای و بار دیگر می گذاریم
کاربرد های عملی: یکی از کاربرد های عملی یدومتریاست کهازتیوسولفات برای اندازه گیری مقدار ید آزاد شده طبق واکنش زیر استفاده می شود:
تیتراسیون های اکسید – احیا برای آنالیز گستره وسیعی از آنالیز های معدنی استفاده می شوند که کاربرد هایی در بهداشت عمومی، محیط زیست و آنالیز های صنعتی دارد. یکی از مهمترین کاربرد های این نوع واکنش ها، ارزیابی مقدار کلریناسیون منابع تعیین آب می باشد که به وسیله تعیین مقدار کلکلر باقی مانده در آب به دست می آید و در آن ازقدرت اکسید کنندگی کلر برای اکسید کردن به استفاده می شود مقدار به وسیله تیتراسیون برگشتی با تعیین می گردد. که شناساگر آن N و N – دی اتیلن – P – فنیلن دی آمین و (DPD)می باشد که تغییر رنگ آن به قرمز می باشد. دیگر کاربرد این نوع واکنش ها، اندازه گیری مقدار اکسیژن حل شده می باشد در عملیات های آب و پساب کنترل اکسیژن حل شده برای اکسیداسیون هوازی مواد زائد لازم می باشد. اگر مقدار اکسیژن حل شده به زیر نقطه بحرانی برسد. باکتری های هوازی با باکتری های غیر هوازی جا به جا می شوند و اکسیداسیون مواد زائد آلی تولید گاز های نامطلوب می کنند.
از دیگر استفاده این واکنش ها برای تعیین آنالیت های آلی است که مهمترین آن ها اندازه گیری COD در آب و پساب ها می باشد. COD عبارت است ازاندازه گیری مقدار اکسیژن برای کامل کردن اکسیداسیون همه مواد آلی در نمونه به و آب.COD به وسیله رفلاکس نمونه در حضور مقدار اضافی به عنوان عامل اکسید کننده تعیین می گردد.
به طور کلی عوامل اکسید کننده مانند ، ، و استفاده می شود برای تیتر کردن آنالیت هایی که در حالت احیا خود موجود باشند. اگر آنالیت در حالت اکسایش باشد می توان آن را به وسیله یک عامل احیا کننده کمکی احیا کرد و سپس با تیتران های اکسید کننده تیتر کرد.

اکسایش-کاهش

چند واکنش اکسایش و کاهش

اُکسایــِش و کاهش (به انگلیسی: Redox) نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می‌یابد. در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و ملکول گیرنده کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. اتم‌اکسیِژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می‌یابد. برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

-Fe2+ → Fe3+ + e

عامل اکساینده و عامل کاهنده

دو بخش واکنش اکسایش و کاهش.

زنگ زدن آهن.

اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده‌ای دیگر، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده، عامل اکسایش است و بنابراین عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم. همچنین در هر واکنش، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر، باید برابر مجموع کاهش شماره اکسایش عناصر دیگر باشد. برای نمونه در واکنش گوگرد و اکسیژن، افزایش شماره اکسایش گوگرد، ۴ است. کاهش شماره اکسایش، ۲ است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش همه، ۴ است.

موازنه واکنش‌های اکسایش و کاهش

واژهٔ اکسایش، ابتدا در مورد واکنش‌هایی به کار گرفته می‌شد که در آنها مواد با اکسیژن ترکیب می‌شدند، و کاهش نیز به صورت حذف یک اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار تعریف می‌شد. اما معنی این واژه‌ها به تدریج گسترش یافت. امروزه، اکسایش و کاهش، بر مبنای تغییر عدد اکسایش تعریف می‌شوند. اکسایش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد و کاهش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد. برای مثال در واکنش زیر اتم S اکسیده شده (پس کاهنده‌است) و اتم O کاهیده شده (پس اکسنده‌است) است. چون که عدد اکسایش اتم S از صفر به 4+ و عدد اکسایش اتم O از صفر به 2- تغییر کرده‌است.

و همچنین واکنش زیر شامل اکسایش - کاهش نیست، چونکه عدد اکسایش هیچ اتمی تغییر نکرده‌است:

معمولاً موازنه واکنش‌هایی که شامل اکسایش - کاهش که کاکس نامیده می‌شود، دشوارتر از موازنهٔ واکنش‌هایی است که شامل اکسایش - کاهش نیست. برای موازنهٔ واکنش‌های اکسایش - کاهش از دو روش متداول استفاده می‌شود :

روش یون - الکترون

روش عدد اکسایش

روش یون - الکترون

آتش‌گیری شامل واکنش اکسایش و کاهش است که رادیکال‌های آزاد در آن نقش دارند..

1. 1.      معادله را به دو معادلهٔ جزیی تقسیم می‌کنیم. اتم‌هایی را که عدد اکسایش خود را در هر یک از معادله‌های جزیی تغییر می‌دهند، موازنه می‌کنیم.
2. 2.      اتم‌های O و H را در هر یک از معادله‌های جزیی موازنه می‌کنیم.

• برای واکنشهایی که در محلول اسیدی انجام می‌شوند :

الف) برای اتم O مورد نیاز، یک به آن طرف معادله جزئی که کمبود O دارد، اضافه می‌کنیم.

ب) و H را هم با افزودن ، موازنه می‌کنیم.

برای واکنش‌هایی که در محلول بازی انجام می‌شوند :

الف) برای هر اتم O مورد نیاز، یک به آن طرف معادله جزئی که کمبود O دارد اضافه می‌کنیم.

ب) به ازای هر اتم H مورد نیاز، یک به ان طرف معادله جزئی که کمبود H دارد اضافه می‌کنیم و یک نیز در سمت مقابل قرار می‌دهیم.

1. 1.      به هر یک از معادله‌های جزئی الکترون اضافه می‌کنیم تا بار خالص در سمت چپ معادله با بار خالص در سمت راست معادله برابر شود.
2. 2.      در صورت لزوم یکی یا هر دو معادلهٔ جزئی را در عددی ضرب می‌کنیم تا تعداد الکترون‌های گرفته شده درمعادله جزئی دیگر برابر شود.
3. 3.      معادله‌های جزئی را با هم جمع می‌زنیم، همچنین عبارت‌های مشترک در دو طرف معادله نهایی را جذف می‌کنیم.

مثال

واکنش زیر را که در محلول اسیدی انجام می‌شود را موازنه می‌کنیم :

• معادله را به دو معادله جزئی تقسیم می‌کنیم و اتم‌های را در هر کدام موازنه می‌کنیم :

• اولین معادله جزئی را می‌توان با افزودن به سمت راست و به سمت چپ، موازنه کرد. در معادله جزئی دوم باید به سمت چپ اضافه شود تا تعداد اکسیژن موازنه شود و همچنین با اضافه کردن به سمت راست، تعداد هیدروژن هم موازنه می‌شود :

• حال بار الکتریکی خالص را در طرفین موازنه می‌کنیم :

• اولین معادله را در 8 و دومی را در 5 ضرب می‌کنیم :

• حالا معادله‌ها را با هم جمع می‌زنیم و عبارت‌های مشترک را در دو طرف، حذف می‌کنیم :

روش عدد اکسایش

در روش عدد اکسایش برای موازنه کردن واکنش‌های اکسایش - کاهش، سه مرحله وجود دارد. معادلهٔ واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را برای نمایش این روش به کار می‌گیریم. معادلهٔ واکنش موازنه نشده به قرار زیر است :

عدد اکسایش اتم‌ها را برای شناسایی اتم‌هایی که دست خوش اکسایش - کاهش می‌شوند، تعیین می‌کنیم. که به این ترتیب نیتروژن کاهیده شده (از 5+ به 2+، کاهشی برابر 3) و گوگرد اکسیده شده (از 2- به صفر، افزایشی برابر 2) است.

ضرایب به گونه‌ای اضافه می‌شوند که کاهش کل و افزایش کل در عدد اکسایش برابر شود. افزایشی برابر با 2 و کاهشی برابر با 3 داریم که در معادله موازنه نشده آمده‌است. کوچکترین حاصلضرب مشترک 3 و 2 عدد 6 است. در نتیجه و (برای کاهش کل 6) و(برای افزایش کل 6) به کار می‌گیریم :

توجه داریم که اکنون هشت اتم هیدروژن در سمت چپ معادله داریم. با قرار دادن در سمت راست، می‌توان به همان تعداد اتمH رسید :

نکات مربوط به سنجش حجمی اکسایش – کاهش به روش پرم

پتاسیم پرمنگنات تقریبا بین تمام عوامل اکسنده استاندارد بیشترین کاربرد را دارد چون

1-     رنگ محلول این ماده به اندازه ای شدید است که معمولا به شناساگر نیازی ندارد .

2-    واکنشگر به آسانی در دسترس است .

3-    ارزان است .

اشکالاتی که استفاده از این شناساگر همراه دارد :

1-    تمایل شدیدی به اکسایش یون کلرید دارد (هیدرو کلریک اسید کاربرد زیادی دارد )

2-    پایداری محدود دارند .

تهیه و نگهداری محلول های پرمنگنات :

برای تهیه محلول پرمنگنات با پایداری مناسب باید چند نکته را رعایت کرد :

1-    مهم ترین متغیری که بر پایداری محلول پرمنگنات اثر می گذارد اثر کاتالیزی منگنز دی اکسید است . این ترکیب هنگام تهیه محلول پرمنگنات در اثر اکسایش مواد آلی موجود در آب توسط پرمنگنات تولید می شود . هم چنین آلوده کننده اجتناب ناپذیر پتاسیم پرمنگنات جامد است .

برای خارج کردن این ماده باید محلول حاصل صاف شود . البته قبل از صاف کردن محلول باید وقت کافی برای کامل شدن اکسایش آلوده کننده موجود در آب داده شود . به همین خاطر برای تسریع فرایند اکسایش محلول را می جوشانند .

2-    برای صاف کردن از کاغذ نمی توان استفاده کرد چون در اثر ترکیب با یون پرمنگنات ، منکنز دی اکسید تولید می شود.

3-    تجزیه پرمنگنات به وسیله نور، گرما ، اسیدها، بازها ، یون منگنز (II) و منگنز دی اکسد تسریع می شود. باید برای پایداری محلول پرمنگنات ، تاثیر عوامل فوق را به حداقل رساند.

4-    در حضور یون منگنز تجزیه محلول های پرمنگنات تسریع می شود و از آن جایی که این یون فراورده تجزیه است ، این جسم اثر خود کاتالیزور دارد.

5-    محلول های استاندارد شده را باید در تاریکی نگاه داشت .

6-    در هنگاخ تیتراسیون ، اگر در بورت لکه قهوه ای مشاهده شد(تولید منگنز دی اکسید) باید محلول را خارج کرده و مجددا صاف کرد ..

روش کار:

برای تعیین غلظت محلول FeSO₄با محلول پتاسیم دی کرومات 1/0 نرمال به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا محلول پتاسیم دی کرومات(K₂Cr₂o₇)1/0 نرمال را با توجه به تهیه ساخت در کتاب درست می کنیم و حجم معینی از آن را درون بورت می ریزیم. بعد درون یک ارلن 10 سی سی از سولفات آهن(FeSO₄) که نرمالیته آن را نداریم و میخواهیم بدست آوریم می ریزیم سپس 2 سی سی اسید سولفوریک(H₂SO₄) 6 نرمال به داخل ارلن می ریزیم. حدود 5/0 سی سی فسفریک اسید(H₃PO₄) غلیظ به آن اضافه می کنیم و چند قطره شناساگر به آن اضافه می کنیم.

حال شروع می کنیم به تیتر کردن، ابتدا محلول بی رنگ است و هر دفعه که پتاسیم دی کرومات به داخل ارلن اضافه می شود رنگ محلول بنفش رنگ شده و دوباره بی رنگ می شود تا جایی که رنگ محلول بین بنفش و آبی کم رنگ ثابت می ماند که در این لحظه حدودا 4 سی سی پتاسیم دی کرومات استفاده شده است. تیتر کردن را ادامه می دهیم تا جایی که رنگ محلول ارغوانی شدید یا بنفش آبی پر رنگ شده و دیگر اضافه کردن پتاسیم دی کرومات دیگر تاثیری در رنگ محلول نداشته باشد که در این لحظه حدودا 10 سی سی از پتاسیم دی کرومات استفاده شده است. حال این آزمایش را چند بار دیگر انجام می دهیم تا به یک حجم ثابت در پتاسیم دی کرومات برسیم.

محاسبات:

N₁×V₁=N₂×V₂

N₁×10=0/1×10

N₁=

نرمالیته سولفات آهن                       N₁=0/1

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش می توان نرمالیته سولفات آهن  را بدست آوریم که 1/0 نرمال است.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- خالص نبودن مواد  3- کثیف بودن وسائل

   www.njavan.com وfa.wikipedia.orgوwww.matlabgah.comمنابع: سایت 

chemical- fany.blogfa.com و

نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                     تاریخ:22/10/1392

عنوان آزمایش:تعیین سختی آب

هدف آزمایش:تعیین سختی موقت و سختی کل آب

مواد و ابزار لازم:آب ، هیدروکلریک اسید ، شناساگر متیل اورانژ ، بافر pH=10، شناساگر اریوکرم بلاکتیو ، محلول نمک EDTA

تئوری آزمایش:

اندازه گیری میزان سختی آب :

به طورکلی دونوع سختی داریم :  1- دایم   2- موقت

وقتی که یونهایی مثل  درآب حل شده باشداین آب دارای سختی است .

 باعث می شودکه PH آب باران پایین آمده و آب خاصیت اسیدی پیداکند .  که باحرارت دادن می توان یونهای فوق راخارج کرد .

چنین ترکیبی دارای سختی موقت است که می توان باحرارت دادن  راجداکرد ولی اگراین یونهابه صورتی باشندکه به وسیلة حرارت دادن جدانشوندمی گوئیم ترکیب مادارای سختی دایم است .  که می توان بااستفاده ازترکیباتی مثل  ( کربنات سدیم ) یونهاراجداکرد . 

سختی موقت  +  سختی دایم  =  سختی کل

مهمترین عامل ازخواص آب سختی آن است .  درجة سختی آب عبارت است ازتعدادمیلی اکی والان گرم های یون های کلسیم ومنیزیم دریک دسی مترمکعب آب .  مقدار   یون کلسیم و  یون منیزیم راواحدسختی آب انتخاب می کنند .

به طورکلی سه نوع سختی وجوددارد : 1- سختی موقت 2- سختی دایم   3-سختی کل

سختی موقت :این سختی به دلیل وجودبی کربناتهای کلسیم ومنیزیم است که دراثرجوشیدن به کربناتهای نامحلول تبدیل می شوندوبه صورت جامدته نشین می گردند .

2- سختی دایمی :‌این سختی شامل آن دسته ازنمک های کلسیم ومنیزیم است که دراثرجوشیدن آب به صورت محلول باقی می مانند .

3- سختی کل : مجموع سختی های دایمی و موقتی راسختی کل می گویند . آبی راکه هرکیلوگرم آن کمترازیک گرم نمک داشته باشد آب شیرین می گویند وآبی راکه درهرکیلوگرم آن بیش از یک گرم نمک وجودداشته باشدآب شورمی گویند . آبی که درهر آن کمتراز3 میلی گرم اکی والان گرم نمک های وجودداشته باشدآب نرم می گویند . آبی که درهردسی مترمکعب آن بیش از 3 میلی اکی والان گرم نمک های وجودداشته باشدراآب نیم سخت گویند . وآبی که درهر ازآن 4 تا 10 میلی گرم اکی والان گرم موجودباشد راآب سخت می گویند .

• ·                  آب سخت آبی است که حاوی از قبیل ترکیبات ، کلسیم، منیزیم و غیره‌است.
• ·                  سختی آب بر دو نوع است: دائمی و موقت.
• ·                  سختی بطور عمده بر اساس دو فلز کلسیم و منیزیم سنجیده می‌شود. بطور کلی عوامل سختی کاتیون‌ها می‌باشند مانند آلومینیوم، آهن، منگنز و روی در سختی آب شرکت می‌کنند ولی کلسیم و منیزیم به مقدار زیاد وجود دارد و کاتیون‌های دیگر یا وجود ندارند یا به مقدار خیلی کم هستند. سختی کل (TH) مجموع مقدار کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) می‌باشد. سختی دائم یا سختی غیرکربناتی (Noncarbonated Hardness) شامل سختی بدون نمک‌های بی کربناتی (مانند کلرور، سولفات و غیره) می‌باشد. سختی موقت یا سختی کربناتی (carbonated Hardness) شامل بی کربنات کلسیم و منیزیم است و از تفاوت سختی کل (TH) و سختی دائم بدست می‌آید.

تغییرات سختی آب

میزان شدت سختی آب، به بستر جریان آب در سطح و زیر زمین بستگی دارد. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در طول زمان نیز تغییر پذیر است. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود. و بعضی مواقع هم در فصول پر باران و مرطوب مثل غارها ایجاد شود.

فواید آب سخت

معمولاً شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبود می‌یابد.

مضرات آب سخت

با وجود فواید آب سخت، سختی بیش از حد آب نیز مضراتی دارد.یکی از این مضرات این است که نوشیدن بیش از حد آب سخت موجب رسوب در افراد سنگ ساز می شود و همچنین موجب بیماری های گوارشی بالخصوص سنگ کلیه است.بنابراین بیشتر توصیه می شود از آب سبک برای شرب استفاده کرد و منیزیم و کلسیم مورد نیاز بدن را از غذاها و یا سبزیجات و میوه جات تهیه نمود. آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه نوشیدنی‌ها می‌شود. دیر پخته شدن و سفتی حبوبات با آب سخت از دیگر عوارض آن است. به علاوه، آب سخت به جداره دیگهای بخار آسیب زده باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ‌ها و تأسیسات مرتبط می‌شود. خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون از دیگر اثرات سختی آب است.

رفع سختی آب

در تجارت مواد شیمیایی گوناگونی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد سختی آب را قبل از ورود به دیگها می گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد و به اصطلاح آن را نرم می‌کنند. به طوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.[۲] بهترین روش برای رفع سختی آب استفاده از یک میدان مغناطیسی است. که با مغناطیسی کردن آب از چسبیدن رسوبات به محل عبور آب جلوگیری می‌شود.

درجه سختی آب

درجه سختی آب از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌شود. درجه‌بندی شدت میزان سختی آب، استاندارد مشخص ندارد و در نقاط مختلف دنیا متفاوت است. در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در ۰٫۷ لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.

برای تعیین سریع سختی آب در آلمان، از قرصهای آماده شده برای این کار استفاده می‌شود. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌نمایند و به‌وسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه‌است. [۲] پس سختی آب یه منظور اضافه شدن قابل توجهی از مقادیر mg.fe.ca است.

اندازه گیری

سختی آب با اندازه‌گیری‌های صنعتی و آزمایشگاهی تعیین می‌شود. سختی آب، که هر دو یون‌های Ca+2 و Mg+2 را شامل می‌شود، بر حسب میلی‌گرم بر لیتر mg/L یا در یک میلیون ppm بیان می‌شود.

شهرهای با سختی آب بالا در کشور ایران

بسیاری از شهرهای کویریایران که خاک قلیایی (خاکی مملو از فلزات قلیایی خاکی)دارند، از جمله شهرهای قم، زاهدان، گرمسار و سمنان هستند که میزان سختی آب در آنها بالاست، به طوری که در استان‌های سیستان و سمنان، سالانه چندین بار باید پوشالهای کولر را به علت اینکه مقدار فراوانی املاح روی آن رسوب کرده‌است تعویض کرد.

راه حل سختی زدایی آب شرب

یکی از روش‌های سختی‌زدایی، استفاده از سامانه‌های است که با قیمت ناچیزی می‌توان آن را تهیه کرد. روش کار آن موئینگی معکوس است و خروجی آب این دستگاه‌ها در حد آب آشامیدنی استاندارد می‌باشد.

عناصر ایجاد کننده سختی آب

صابون عمدتا توسطکلسیمومنیزیمقابل ترسیب است، ولی به غیر از آنهافلزاتدیگری نظیرآلومینیوم،آهن،منگنز،استرانسیموروینیز در ایجاد سختیآبشرکت می‌کنند، ولی از این نظر که دوعنصراولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس این دو سنجیده می‌شود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، باید آنها را نیز محسوب داشت.

محاسبه سختی آب

مقدار سختی آب ، برحسب اکی‌والانهایکربنات کلسیمآنها محاسبه و بیان می‌شود.

تقسیم بندی سختی آب

سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد:

سختی موقت

سختی موقت (Temporary Hardner) راسختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم ومنیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیادPHکاهش می‌یابد.

سختی دائم

سختی دائم (Permanent Hardner) راسختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ،سولفات کلسیمبه علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.
گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ،آهکبه آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاحآب به آب شدنمی‌گویند.

طبقه بندی آب از نظر سختی

در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بینسختی کلوقلیائیتاست.

واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتی که مقادیرکاتیونهای مختلفبرحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند؛
هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است.

روش کار:

برای بدست آوردن سختی موقت و سختی دائم آب به صورت زیر عمل می کنیم:

برای بدست آوردن سختی موقت آب، ابتدا cc100 آب را درون یک ارلن می ریزیم و به آن چند قطره شناساگر متیل اورانژ اضافه می کنیم. بعد یک بورت را برداشته و درون بورت اسید کلریدریک 0.1 نرمال می ریزیم و پس از هواگیری آن را به کمک گیره به پایه وصل می کنیم. بعد یک برگه سفید زیر ارلن گذاشته و تیتر کردن را شروع می کنیم. در حال تیتر کردن می بینیم که رنگ محلول زرد رنگ می شود و در این حالت تیترکردن را متوقف می کنیم که در این حالت با اضافه کردن یک قطره اسید کلریدریک رنگ محلول از زرد رنگ به نارنجی مایل به قرمز تغییر می کند که نشان از از بین رفتن سختی موقت آب است. حجم اسید مصرف شده در این آزمایش 1.5 سی سی  و نرمالیته آن 0.1 نرمال است. حال با گذاشتن اعداد در فرمول، سختی موقت آب را بدست می آوریم.

حال برای بدست آوردن سختی کل و پس از آن در فرمول گذاشتن و بدست آوردن سختی دائم، درون یک ارلن cc100 آب می ریزیم و cc5 بافر 10 به محلول درون ارلن اضافه می کنیم و چند قطره هم شناساگر اریوکرم بلاکتیو به آن اضافه می کنیم. حال بورتی را آورده و درون آن  EDTA   0.05 نرمال می ریزیم و به کمک گیره به سه پایه وصل می کنیم. حال یک کاغذ سفید زیر ارلن قرار می دهیم و شروع می کنیم به تیترکردن. رنگ محلول درون ارلن قرمز رنگ بوده و با تیترکردن رنگ محلول آبی رنگ می شود. تیترکردن را تا جایی ادامه می دهیم که رنگ محلول آبی رنگ شود و اگر یک قطره دیگر اضافه کنیم رنگ محلول آبی مایل به سبز درست می شود که نشان از از بین رفتن سختی کل است. ضمنا EDTA مصرف شده حدودا  1 سی سی می باشد.

محاسبات:

H_t = V_HCl × N_HCl ×10

H_t = 2 × 0.1 × 10

H_t = 2

H_T =

H_T =

H_T =0.5

H_p = H_T_ H_t

H_p = 0.5 _ 2

H_p =1.5

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش سختی موقت آب 2 و سختی دائم آب 1.5 است.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- خالص نبودن مواد  3- کثیف بودن وسائل

منابع: سایت daneshnameh.roshd.ir وfa.wikipedia.orgوhejratbekhod.persianblog.ir

نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                     تاریخ:05/11/1392

عنوان آزمایش:سنجش های حجمی اکسایش_کاهش

هدف آزمایش:استاندارد کردن پتاسیم پر منگنات با محلول سدیم اگسالات

مواد و ابزار لازم:پتاسیم پر منگنات ، پتاسیم اگسالات ، اسید سولفوریک ، ارلن مایر ، بورت ، چراغ گاز ، پایه ، گیره

تئوری آزمایش:

مقدمه:

تيتراسيونهاي اكسايش-كاهش مانند تيتراسيونهاي اسيدوباز مي باشند با اين تفاوت كه تيتراسيونهاي اكسايش-كاهش بر مبناي انتقال الكترون استوار مي باشند و همانطور كه مي دانيم عامل اكسنده ،احيا مي شود وعامل كاهنده ،اكسيد مي شود.

تیتراسیون های اکسید – احیا
تیتراسیون های کاهشی مدت کوتاهی بعد از تیتراسیون اسید و باز معرفی و شناخته شدند. در اولین متد ها از قدرت اکسید کنندگی در آب (مخلوطی از ) برای تعیین کمی آن استفاده می شد.
به مرور متد های تیتراسیون اکسایش – کاهش با معرفی به عنوان تیترانتهای اکسید کننده و به عنوان تیترانتهای کاهشی، رو به افزایش نهاده به هر حال کاربرد تیتراسیون کاهشی برای گستره وسیعی از نمونه ها بخاطرکمبود محلول های شناساگر محدود می شد.
تیترانتهایی که در فرم های اکسایشی و کاهشی خودشان رنگ های متفاوتی داشتند می توانستند به عنوان اندیکاتور خودشان نیز استفاده شوند. به عنوان مثال رنگ ارغوانی به عنوان رنگ شناساگر در نظر گرفته می شد از آن جائی که وقتی به کاهش می یافت رنگ آن نیز بی رنگ می شد.
ولی به هر حال دیگر تیترانتها نیاز به یک شناساگر چشمی داشتند که به محلول اضافه شود. یکی از اولین این شناساگر دی فنیل آمین بود که در دهه 1920 معرفی شد و به مرور با افزایش این شناساگر ها کاربرد تیتراسیون های اسید احیا نیز بیشتر شد.
منحنی های تیتراسیون های اکسایش – کاهش
برای ارزیابی تیتراسیون های اکسید – احیا باید شکل منحنی را بشناسیم. در یک تیتراسیون اسید – باز یا یک تیتراسیون کمپلکسومتری منحنی تیتراسیون تغییر در غلظت ( به عنوان PH) یا (به عنوان PM) را در برابر تغییرات حجم واکنشگر یا تیتر کننده را نشان می دهد. برای تیتراسیون اکسید – احیا باید نیروی پتانسیل شیمیایی را در برابر حجم مونتیور کرد. برای مثال، درنظر بگیرید یک تیتراسیون که در آن آنالیت در یک شکل
کاهش یافته، ، به وسیله یک تیتر کننده در فرم اکسید شونده آن تیتر می گردد. واکنش تیتراسیون به صورت زیر است:
پتانسیل برای این واکنش از اختلاف میان پتانسیل های احیا برای نیمه واکنش های اکسید و احیا به دست می آید، بنابراین:
بعد از هر اضافه کردن تیترانت، واکنش بین آنالیت و تیترانت به حالت تعادل می رسد پس پتانسیل الکترو شیمیایی واکنش، ، صفر می گردد و متعاقباً، پتانسیل برای هر دو نیم واکنش را می توان برای مونیتور کردن پیشرفت واکنش استفاده کرد. قبل از نقطه پایانی مخلوط تیتراسیون شامل مقادیر پذیرفنتی از شکل های اکسید و احیا آنالیت می باشد، اما حاوی مقدار خیلی کمی از تیترانت که هنوز واکنش نداده می باشد. بنابراین، بهتر است که از معادله نرنست نیم واکنش آنالیت استفاده شود.
بعد از نقطه پایانی استفاده از نیم واکنش تیترانت برای تشکیل معادله نرنست آسان تر است از آن جائی که مقدار کافی از شکل های احیا و اکسید موجود هستند.
محاسبه منحنی تیتراسیون:
به عنوان مثال منحنی تیتراسیون را برای تیتراسیون محلول با استفاده از محلول نرمال محاسبه می کنیم.
ثابت تعادل این واکنش بسیار بزرگ است (در حدود ) بنابراین ما می توانیم فرض کنیم که آنالیت و تیترانت کاملاً با هم واکنش می دهند.
در ابتدا مقدار حجم مورد نیاز را برای رسیدن به نقطه اکی والان محاسبه می کنیم. در نقطه پایانی، داریم
پس برای رسیدن به نقطه پایانی لازم است در این جا چون 1 = n است. نرمالیته ومولاریته با هم برابرند. قبل از نقطه اکی والان از پتانسیل نیم واکنش آنالیت برای محاسبه استفاده می کنیم.
محاسبه غلظت های بعد از اضافه کردن محلول
از نقطه اکی والان تعداد مول های موجود و مول های اضافه شده، با هم برابرند برای به دست آوردن ، دو معادله نرنست () را با هم جمع می کنیم. ابتدا دو نیم واکنش را می نویسیم.
محل نقطه اکی والان:
هر چه واکنش کاملتر باشد، تغییر در پتانسیل الکترود سیستم بزرگتر است و نقطه هم ارزی مشخص تر.
در تیتراسیون های اسید – باز و تیتراسیون های کمپلکسومتری، نقطه پایانی تقریباً در نقطه خم منحنی در هنگامیکه منحنی به سمت بالا می رود قرار دارد و این نقطه تقریباً در وسط منحنی قرار دارد و این باعث می شود که پیدا کردن آن آسان باشد و آن را یک نقطه اکی والان تقارنی یا متقارن می نامیم.
هنگامی که استوکیومتری یک واکنش اکسید – احیا متقارن باشد (یک مول آنالیت برابر یک مول تیترانت) باشد، منحنی نیز متقارن است اما اگر استوکیومتری متقارن نباشد نقطه پایانی در وسط قرار نمی گیرد و ممکن است به بالاتر یا پایین تر منتقل گردد. در این حالت نقطه اکی والان را غیر متقارن می نامند.
تشخیص نقطه پایانی با استفاده از شناساگر ها
سه نوع از شناساگر ها برای تشخیص نقطه پایانی تیتراسیون های کاهشی استفاده می شود. بعضی از تیترانتها، مانند ، در حالت اکسایش و کاهش در محلول رنگ های کاملاً متفاوتی دارند. محلول کاملاً ارغوانی می باشد، در محلول های اسیدی، به شکل کاهش یافته آن، ، بی رنگ است. هنگامی که به عنوان تیتران اکسید کننده استفاده می شود محلول بی رنگ باقی مانده تا اولین قطره اضافه به محلول اضافه شود اولین حالت و طنین ماندگار رنگ ارغوانی نشانه رسیدن به نقطه پایانی است.
بعضی از مواد حالت اکسید و یا کاهش نمونه را تشخیص و معلوم می کنند. برای مثال، نشاسته با تشکیل کمپلکس آبی تیره می دهد که می تواند به عنوان علامتی برای حضور اضافه باشد (تغییر رنگ. بی رنگ به آبی)، یا تکمیل یک واکنش که در آن مصرف می شود. (تغییر رنگ: آبی به بی رنگ) مثال دیگری از شناساگر های خاص تیوسیانات است که تشکیل یک کمپلکس محلول قرمز رنگ ، با می دهد. مهمترین خاصیت شناساگر این است که نباید در واکنش احیا رسوب کنند و در حالت اکسایش و کاهش تغییر رنگ متفاوتی از خود نشان دهند. نیم واکنشی که باعث تغییر رنگ یک شناساگر اکسایش یا کاهش می شود به صورت زیر است:
اگر فرض کنیم که وقتی تغییر رنگ شناساگر از حالت به رخ می دهد. که نسبت غلظت های آن از تا باشد معادله به صورت زیر در می آید.
یک بار به جای و بار دیگر می گذاریم
کاربرد های عملی: یکی از کاربرد های عملی یدومتریاست کهازتیوسولفات برای اندازه گیری مقدار ید آزاد شده طبق واکنش زیر استفاده می شود:
تیتراسیون های اکسید – احیا برای آنالیز گستره وسیعی از آنالیز های معدنی استفاده می شوند که کاربرد هایی در بهداشت عمومی، محیط زیست و آنالیز های صنعتی دارد. یکی از مهمترین کاربرد های این نوع واکنش ها، ارزیابی مقدار کلریناسیون منابع تعیین آب می باشد که به وسیله تعیین مقدار کلکلر باقی مانده در آب به دست می آید و در آن ازقدرت اکسید کنندگی کلر برای اکسید کردن به استفاده می شود مقدار به وسیله تیتراسیون برگشتی با تعیین می گردد. که شناساگر آن N و N – دی اتیلن – P – فنیلن دی آمین و (DPD)می باشد که تغییر رنگ آن به قرمز می باشد. دیگر کاربرد این نوع واکنش ها، اندازه گیری مقدار اکسیژن حل شده می باشد در عملیات های آب و پساب کنترل اکسیژن حل شده برای اکسیداسیون هوازی مواد زائد لازم می باشد. اگر مقدار اکسیژن حل شده به زیر نقطه بحرانی برسد. باکتری های هوازی با باکتری های غیر هوازی جا به جا می شوند و اکسیداسیون مواد زائد آلی تولید گاز های نامطلوب می کنند.
از دیگر استفاده این واکنش ها برای تعیین آنالیت های آلی است که مهمترین آن ها اندازه گیری COD در آب و پساب ها می باشد. COD عبارت است ازاندازه گیری مقدار اکسیژن برای کامل کردن اکسیداسیون همه مواد آلی در نمونه به و آب.COD به وسیله رفلاکس نمونه در حضور مقدار اضافی به عنوان عامل اکسید کننده تعیین می گردد.
به طور کلی عوامل اکسید کننده مانند ، ، و استفاده می شود برای تیتر کردن آنالیت هایی که در حالت احیا خود موجود باشند. اگر آنالیت در حالت اکسایش باشد می توان آن را به وسیله یک عامل احیا کننده کمکی احیا کرد و سپس با تیتران های اکسید کننده تیتر کرد.

اکسایش-کاهش

چند واکنش اکسایش و کاهش

اُکسایــِش و کاهش (به انگلیسی: Redox) نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می‌یابد. در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و ملکول گیرنده کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. اتم‌اکسیِژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می‌یابد. برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

-Fe2+ → Fe3+ + e

عامل اکساینده و عامل کاهنده

دو بخش واکنش اکسایش و کاهش.

زنگ زدن آهن.

اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده‌ای دیگر، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده، عامل اکسایش است و بنابراین عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم. همچنین در هر واکنش، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر، باید برابر مجموع کاهش شماره اکسایش عناصر دیگر باشد. برای نمونه در واکنش گوگرد و اکسیژن، افزایش شماره اکسایش گوگرد، ۴ است. کاهش شماره اکسایش، ۲ است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش همه، ۴ است.

موازنه واکنش‌های اکسایش و کاهش

واژهٔ اکسایش، ابتدا در مورد واکنش‌هایی به کار گرفته می‌شد که در آنها مواد با اکسیژن ترکیب می‌شدند، و کاهش نیز به صورت حذف یک اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار تعریف می‌شد. اما معنی این واژه‌ها به تدریج گسترش یافت. امروزه، اکسایش و کاهش، بر مبنای تغییر عدد اکسایش تعریف می‌شوند. اکسایش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد و کاهش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد. برای مثال در واکنش زیر اتم S اکسیده شده (پس کاهنده‌است) و اتم O کاهیده شده (پس اکسنده‌است) است. چون که عدد اکسایش اتم S از صفر به 4+ و عدد اکسایش اتم O از صفر به 2- تغییر کرده‌است.

و همچنین واکنش زیر شامل اکسایش - کاهش نیست، چونکه عدد اکسایش هیچ اتمی تغییر نکرده‌است:

معمولاً موازنه واکنش‌هایی که شامل اکسایش - کاهش که کاکس نامیده می‌شود، دشوارتر از موازنهٔ واکنش‌هایی است که شامل اکسایش - کاهش نیست. برای موازنهٔ واکنش‌های اکسایش - کاهش از دو روش متداول استفاده می‌شود :

روش یون - الکترون

روش عدد اکسایش

روش یون - الکترون

آتش‌گیری شامل واکنش اکسایش و کاهش است که رادیکال‌های آزاد در آن نقش دارند..

1. 1.      معادله را به دو معادلهٔ جزیی تقسیم می‌کنیم. اتم‌هایی را که عدد اکسایش خود را در هر یک از معادله‌های جزیی تغییر می‌دهند، موازنه می‌کنیم.
2. 2.      اتم‌های O و H را در هر یک از معادله‌های جزیی موازنه می‌کنیم.

• برای واکنشهایی که در محلول اسیدی انجام می‌شوند :

الف) برای اتم O مورد نیاز، یک به آن طرف معادله جزئی که کمبود O دارد، اضافه می‌کنیم.

ب) و H را هم با افزودن ، موازنه می‌کنیم.

برای واکنش‌هایی که در محلول بازی انجام می‌شوند :

الف) برای هر اتم O مورد نیاز، یک به آن طرف معادله جزئی که کمبود O دارد اضافه می‌کنیم.

ب) به ازای هر اتم H مورد نیاز، یک به ان طرف معادله جزئی که کمبود H دارد اضافه می‌کنیم و یک نیز در سمت مقابل قرار می‌دهیم.

1. 1.      به هر یک از معادله‌های جزئی الکترون اضافه می‌کنیم تا بار خالص در سمت چپ معادله با بار خالص در سمت راست معادله برابر شود.
2. 2.      در صورت لزوم یکی یا هر دو معادلهٔ جزئی را در عددی ضرب می‌کنیم تا تعداد الکترون‌های گرفته شده درمعادله جزئی دیگر برابر شود.
3. 3.      معادله‌های جزئی را با هم جمع می‌زنیم، همچنین عبارت‌های مشترک در دو طرف معادله نهایی را جذف می‌کنیم.

مثال

واکنش زیر را که در محلول اسیدی انجام می‌شود را موازنه می‌کنیم :

• معادله را به دو معادله جزئی تقسیم می‌کنیم و اتم‌های را در هر کدام موازنه می‌کنیم :

• اولین معادله جزئی را می‌توان با افزودن به سمت راست و به سمت چپ، موازنه کرد. در معادله جزئی دوم باید به سمت چپ اضافه شود تا تعداد اکسیژن موازنه شود و همچنین با اضافه کردن به سمت راست، تعداد هیدروژن هم موازنه می‌شود :

• حال بار الکتریکی خالص را در طرفین موازنه می‌کنیم :

• اولین معادله را در 8 و دومی را در 5 ضرب می‌کنیم :

• حالا معادله‌ها را با هم جمع می‌زنیم و عبارت‌های مشترک را در دو طرف، حذف می‌کنیم :

روش عدد اکسایش

در روش عدد اکسایش برای موازنه کردن واکنش‌های اکسایش - کاهش، سه مرحله وجود دارد. معادلهٔ واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را برای نمایش این روش به کار می‌گیریم. معادلهٔ واکنش موازنه نشده به قرار زیر است :

عدد اکسایش اتم‌ها را برای شناسایی اتم‌هایی که دست خوش اکسایش - کاهش می‌شوند، تعیین می‌کنیم. که به این ترتیب نیتروژن کاهیده شده (از 5+ به 2+، کاهشی برابر 3) و گوگرد اکسیده شده (از 2- به صفر، افزایشی برابر 2) است.

ضرایب به گونه‌ای اضافه می‌شوند که کاهش کل و افزایش کل در عدد اکسایش برابر شود. افزایشی برابر با 2 و کاهشی برابر با 3 داریم که در معادله موازنه نشده آمده‌است. کوچکترین حاصلضرب مشترک 3 و 2 عدد 6 است. در نتیجه و (برای کاهش کل 6) و(برای افزایش کل 6) به کار می‌گیریم :

توجه داریم که اکنون هشت اتم هیدروژن در سمت چپ معادله داریم. با قرار دادن در سمت راست، می‌توان به همان تعداد اتمH رسید :

نکات مربوط به سنجش حجمی اکسایش – کاهش به روش پرم

پتاسیم پرمنگنات تقریبا بین تمام عوامل اکسنده استاندارد بیشترین کاربرد را دارد چون

1-     رنگ محلول این ماده به اندازه ای شدید است که معمولا به شناساگر نیازی ندارد .

2-    واکنشگر به آسانی در دسترس است .

3-    ارزان است .

اشکالاتی که استفاده از این شناساگر همراه دارد :

1-    تمایل شدیدی به اکسایش یون کلرید دارد (هیدرو کلریک اسید کاربرد زیادی دارد )

2-    پایداری محدود دارند .

تهیه و نگهداری محلول های پرمنگنات :

برای تهیه محلول پرمنگنات با پایداری مناسب باید چند نکته را رعایت کرد :

1-    مهم ترین متغیری که بر پایداری محلول پرمنگنات اثر می گذارد اثر کاتالیزی منگنز دی اکسید است . این ترکیب هنگام تهیه محلول پرمنگنات در اثر اکسایش مواد آلی موجود در آب توسط پرمنگنات تولید می شود . هم چنین آلوده کننده اجتناب ناپذیر پتاسیم پرمنگنات جامد است .

برای خارج کردن این ماده باید محلول حاصل صاف شود . البته قبل از صاف کردن محلول باید وقت کافی برای کامل شدن اکسایش آلوده کننده موجود در آب داده شود . به همین خاطر برای تسریع فرایند اکسایش محلول را می جوشانند .

2-    برای صاف کردن از کاغذ نمی توان استفاده کرد چون در اثر ترکیب با یون پرمنگنات ، منکنز دی اکسید تولید می شود.

3-    تجزیه پرمنگنات به وسیله نور، گرما ، اسیدها، بازها ، یون منگنز (II) و منگنز دی اکسد تسریع می شود. باید برای پایداری محلول پرمنگنات ، تاثیر عوامل فوق را به حداقل رساند.

4-    در حضور یون منگنز تجزیه محلول های پرمنگنات تسریع می شود و از آن جایی که این یون فراورده تجزیه است ، این جسم اثر خود کاتالیزور دارد.

5-    محلول های استاندارد شده را باید در تاریکی نگاه داشت .

6-    در هنگاخ تیتراسیون ، اگر در بورت لکه قهوه ای مشاهده شد(تولید منگنز دی اکسید) باید محلول را خارج کرده و مجددا صاف کرد ..

روش کار:

برای استاندارد کردن محلول پتاسیم پر منگنات با محلول پتاسیم اگزالات به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا درون یک بورت پتاسیم پر منگنات(KMnO₄) می ریزیم و آن را هواگیری می کنیم. درون یک ارلن مایر حدود 10 سی سی پتاسیم اگزالات(K₂C₂O₄) 1/0 نرمال می ریزیم و بعد 3 سی سی اسید سولفوریک (H₂SO₄) 2 نرمال به آن اضافه می کنیم. حال ارلن را روی چراغ گاز گرم می کنیم، به طوری که بخارهایی از داخل ارلن بیرون بیایید که نشان از گرم شدن محلول درون ارلن است، در همین حالت شروع می کنیم به تیتر کردن. هر قطره از پتاسیم پر منگنات که به درون ارلن ریخته می شود رنگ محلول درون ارلن ثانیه ای صورتی رنگ شده و دوباره بی رنگ می شود تا جایی که رنگ محلول پوست پیازی شود و ثابت بماند که نشان دهنده استاندارد شدن پتاسیم پرمنگنات با محلول پتاسیم اگسالات است که همین جا تیتر کردن را متوقف می کنیم و حجمی که از پتاسیم پر منگنات استفاده شده است را اندازه گیری کرده و نرمالیته ی پتاسیم پر منگنات را حساب می کنیم.

محاسبات:

N₁×V₁=N₂×V₂

N₁×10=0/1×10

N₁=

نرمالیته پتاسیم پر منگنات                       N₁=0/1

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش می توان نرمالیته پتاسیم پر منگنات را بدست آوریم که 1/0 نرمال است.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- خالص نبودن مواد  3- کثیف بودن وسائل

   www.njavan.com وfa.wikipedia.orgوwww.matlabgah.comمنابع: سایت 

chemical- fany.blogfa.com و

بدست آوردن ویسکوزیته محصولات نفتی

 هدف: 1_ تعیین ویسکوزیته گازوئیل در دماهای مختلف به وسیله ویسکومتر

          2_ بدست آوردن سرعت متوسط گلوله در گلیسیرین

وسایل و مواد لازم: گازوئیل، دماسنج، استوانه مدرج 10 میلی لیتر، بشر، چراغ گاز، گلیسیرین100% ، گلیسیرین50% ، ویسکومتر، توری، سه پایه، گلوله،

چکیده:

آزمایش اول: ابتدا وزن و قطر گلوله را اندازه گیری کرده و گلوله را همسطح با گلیسیرین100% قرار می دهیم. حال آن را رها کرده و به یک نقطه ای که رسید کرنومتر را روشن می کنیم و در نقطه ای دیگر آن را قطع می کنیم. این آزمایش را در چهار نقطه اندازه گیری می کنیم.

آزمایش دوم: ابتدا برای بدست آوردن ثابت ویسکومتر درون ویسکومتر گلیسیرین50% می ریزیم و در دمای معمولی مدت زمانی که طول می کشد تا از خط اول به خط دوم برسد را اندازه گیری می کنیم. حال درون ویسکومتر گازوئیل ریخته و همین کار را در دمای محیط اندازه گیری می کنیم. ضمنا درون یک استوانه مدرج نیز تغییرات حجم را هم می بینیم. حال دمای را 15 درجه بالاتر از دمای محیط می بریم و ویسکومتر را اندازه گیری کرده و تغییرات حجم را هم یادداشت می کنیم. حال این آزمایش را در دماهای 30 و 45 درجه بالاتر از محیط اندازه گیری میکنیم.

مقدمه:

گرانروی  مقاومتی است که سيال دربرابر جاری شدن ازخود نشان می دهد.

گرانروی اندازه گيری زمان لازم برای عبور حجم معينی از نمونه در دمای ثابت از داخل يک  کانال باريک به  ا بعاد استاندارد ( viscometer ) می باشد.

کليه سيالات مقاومت معينی در مقابل تغيير شکل از خود نشان می دهند اين خصو صيت را که می توان نوعی اصطکاک درونی دانست گرانروی می نامند.

گرانروی با واحد های مختلفی بيان می شود . گرانروی سينماتيک بر حسب سانتی استوک بر ثانيه می باشد.

گرانروی سينماتيک سنجش نيروی مقاومت يک سيال تحت اثر نيروی جاذبه است.

گرانروي ديناميك

نسبت بين تنش برش به كار رفته و سرعت برش است. گرانروي ديناميك همچنين دلالت مي كند بر يك مقدار تكرارپذيري در هر كدام از تنش برشي و سرعت برش كه بستگي سينوسي به زمان دارد . ضريب η اندازه گيری مقاومت جريان سيال است که معمولا گرانروي سيال  ناميده مي شود. و بستگي دارد كه اندازه گرانروي با سيستم TLM يا سيستم  TLF برقرار شده باشد.

در دستگاه  CGS  واحد گرانروي ديناميك ، يك گرم بر سانتيمتر ثانيه است كه برابر يك دين ثانيه بر سانتيمتر مربع كه يك پواز ناميده مي شود (P  ).  اغلب از سانتي پواز استفاده مي شود . در دستگاه  SI  واحد گرانروي ديناميك ، يك پاسكال ثانيه است كه اغلب جهت هماهنگي از مضرب ميلي پاسكال ثانيه استفاده ميشود.= 1 cP 1 mPa.s

گِرانرَوی ،لِزْجَت يا ويسکوزيته(به انگليسی: Viscosity)‏، عبارت است از مقاومت یک مايع در برابر اعمال تنش برشی. در يک سيال جاری (در حال حرکت)، که لايه‌های مختلف آن نسبت به يکديگر جابجا می‌شوند، به‌مقدار مقاومت لايه‌های سيال در برابر لغزش روی هم گرانروی سيال می‌گويند. هرچه گرانروی مايعی بيشتر باشد، برای ايجاد تغيير شکل يکسان، به تنش برشی بيشتری نياز است. به‌عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شير بسيار بيشتر است.

با افزايش دما لزجت سيالات مايع کاهش می يابدولی در گازها، قضيه برعکس است، البته درصد تغييرات آن برای سيالات مختلف متفاوت است.

انواع گرانروی

گرانروی پویا

گرانروی پويا (ويسکوزيته ديناميک) را با نشان می‌دهيم که به صورت زير تعريف می‌شود:

گرانروی ایستایی

گرانروی ايستايی (ويسکوزيته سينماتيک):

سقوط در سيال گرانرو

یکاها

• پواز: ‫واحد اندازه‌گيری گرانروی در دستگاه cgs
• استوکس

مقادیر

گازها

مایع‌ها

نمودار تابعیت گرانروی آب به دما

مایعات دیگر در دمای ۲۵ درجه سلسیوس

روش کار :

آزمایش اول: ابتدا وزن گلوله را اندازه گیری می کنیم که 35/13 گرم است. حال قطر گلوله را هم نیز اندازه گیری کرده که حدودا  2/24 میلی متر است. حال گلوله را به کمک سیمی همسطح با گلیسیرین100% قرار می دهیم. ابتدا چهار نقطه مساوی را به کمک خط کش روی ظرف علامت گذاری می کنیم. حال گلوله را رها کرده و هنگامی که به نقطه ی اول رسید کرنومتر را می زنیم و هنگامی که از نقطه ی دوم گذشت کرنومتر را قطع می کنیم که حدودا 65/0 ثانیه شد. حال گلوله را ته ظرف به کمک سیم در می آوریم. حال دوباره گلوله را همسطح با گلیسیرین قرار می دهیم و گلوله را رها می کنیم، این بار کرنومتر را از نقطه ی دوم روشن می کنیم و در نقطه ی دوم قطع می کنیم که حدودا 91/0 ثانیه شد. دوباره گلوله را در می آوریم و دوباره همسطح با گلیسیرین قرار می دهیم و گلوله را رها می کنیم. این بار کرنومتر را از نقطه ی سوم تا چهارم اندازه گیری می کنیم که حدودا 95/0 ثانیه است. دوباره گلوله را در می آوریم و همسطح گلیسیرین قرار می دهیم. این بار کرنومتر را از نقطه ی چهارم می زنیم و در نقطه ی پنجم قطع می کنیم.

آزمایش دوم: ابتدا درون ویسکومتر گلیسیرین50% می ریزیم(در این آزمایش به جای استفاده از گلیسیرین50% ، از گلیسیرین100% استفاده می کنیم). حال به کمک لوله ی پلاستیکی که در قسمت بالای خط نشانه ها تعبیه شده است، گلیسیرین را بالا می کشیم تا از دو خط نشانه بگذرد و بالاتر از آن ها قرار گیرد. حال آن را رها می کنیم و هنگامی که به خط نشانه اول رسید کرنومتر را می زنیم و وقتی از خط نشانه دوم گذشت کرنومتر را متوقف می کنیم و C را بدست می آوریم.

حال گلیسیرین را خارج کرده و ویسکومتر را به کمک استون خشک می کنیم. حال درون ویسکومتر گازوئیل می ریزیم و و آن را درون بشری که پر از آب است قرار می دهیم. حال یک استوانه ی مدرج 10 میلی لیتری را می آوریم و آن را وزن می کنیم که حدود 03/19 گرم است. حال درون استوانه دقیقا CC 8 گازوئیل می ریزیم و دوباره استوانه را با گازوئیل وزن می کنیم که حدود 39/25 گرم است، بعد استوانه را درون بشر قرار می دهیم و به کمک گیره یک دماسنج درون بشر قرار می دهیم و ویسکومتر را هم با گیره می بندیم. حال گازوئیل را در دمای محیط می مکیم تا بالاتر از دو خط نشانه قرار گیرد، حال رها کرده و هنگامی که به خط نشانه اول رسید کرنومتر را می زنیم و هنگامی که از خط نشانه دوم گذشت کرنومتر را متوقف می کنیم و حدودا 5/3 ثانیه طول کشید تا از بین دو خط بگذرد. حال دما را 15 درجه بالاتر از دمای محیط آزمایش می بریم که 32 درجه است. وقتی که دما به 32 درجه رسید، دما را ثابت می کنیم تا بتوانیم آزمایش را اندازه گیری کنیم. گازوئیل را بالا می کشیم و رها می کنیم و هنگامی که از خط اول گذشت کرنومتر را روشن می کنیم و وقتی که از خط دوم گذشت کرنومتر را قطع می کنیم و حدود 3 ثانیه حرکت بین این دو خط طول کشید. سپس دما را 15 درجه بالاتر می بریم یعنی 30 درجه بالاتر از دمای محیط. وقتی که دما به 47 درجه سانتی گراد رسید دما را ثابت نگه می داریم و گازوئیل را بالا می کشیم و رها کرده و کرنومتر را وقتی به خط نشانه اول رسید می زنیم و موقعی که از خط نشانه دوم گذشت قطع می کنیم و 6/2 ثانیه طول کشید تا گازوئیل از بین این دو خط نشانه عبور کند. سپس دما را 15 درجه بالاتر می بریم یعنی حدود62 درجه سانتی گراد. وقتی دما به 62 درجه رسید، دما را ثابت نگه می داریم و گازوئیل را بالا می کشیم و رها کرده و کرنومتر را بین خط نشانه اول تا خط نشانه دوم می زنیم که 4/2 ثانیه است. حال دما را 15 درجه ی دیگر بالا می بریم یعنی 77 درجه ی سانتی گراد. حال که دما به 77 رسیده است، دما را ثابت نگه می داریم و گازوئیل را بالا کشیده و رها می کنیم و زمانی که طول می کشد تا گازوئیل از خط اول به خط دوم برسد 3/2 ثانیه است.

جدول ثبت نتایج حاصل از آزمایش اول

جدول ثبت نتایج حاصل از آزمایش دوم

محاسبات:

آزمایش اول:

قطر گلوله =24/2mm                 2/42cm

شعاع گلوله = 2/42÷2=1/21cm

وزن گلوله=13/35gr

 چگالی گلوله=

چگالی گلوله =

چگالی گلوله =

چگالی گلوله = 4/24gr/cm³

U₁=

U₂=

U₃=

U₄=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

µ=

آزمایش دوم:

µ=ρ.c.t

µ=0/795×0/091×3/5

µ=0/253گرانروی دینامیک 

V=c.t

V=0/091×3/5

V=0/318  گرانروی سینماتیک

µ=ρ.c.t

µ=0/785×0/091×3

µ=0/214گرانروی دینامیک 

V=c.t

V=0/091×3

V=0/273  گرانروی سینماتیک

µ=ρ.c.t

µ=0/775×0/091×2/6

µ=0/183گرانروی دینامیک 

V=c.t

V=0/091×2/6

V=0/236  گرانروی سینماتیک

µ=ρ.c.t

µ=0/766×0/091×2/4

µ=0/167گرانروی دینامیک 

V=c.t

V=0/091×2/4

V=0/218  گرانروی سینماتیک

µ=ρ.c.t

µ=0/748×0/091×2/3

µ=0/156گرانروی دینامیک 

V=c.t

V=0/091×2/3

V=0/209  گرانروی سینماتیک

جدول ثبت حاصل از محاسبات آزمایش اول

جدول ثبت حاصل از محاسبات آزمایش دوم

نتیجه گیری تفسیر نتایج: نتیجه می گیریم که با این آزمایش سرعت حد گلوله را حساب کنیم و گرانروی سینماتیک و دینامیک گازوئیل را بدست آورد

خطا :-1 خراب بودن دستگاه   2-اشتباه در محاسبات   3-انجام آزمایش در دمای بالاتر از دمای مورد نظر  4_کالیبره نبودن دماسنج

منابع : سایت oilchemistry.blogfa.com

چربی گیری، اسیدشویی، آبکاری

 هدف: 1_ چربی گیری سکه ها با محلول های قلیایی

          2_ اسید شویی سکه ها با اسید سولفوریک20%

          3_آبکاری مس روی سکه ها

وسایل و مواد لازم: اسید سولفوریک98% ، تیو اوره ، سدیم متا سیلیکات ، سدیم تری فسفات ، سدیم کربنات ، سدیم هیدرواکسید ، مایع ظرفشویی ، سل آبکاری مس ، منبع تغذیه ، بشر ، توری ، سه پایه ، چراغ گاز، دماسنج ، دو عدد سکه

چکیده:

ابتدا سکه ها را در استون می گذاریم، سپس آن را در محلول قلیایی  که دمای آن بین 82 تا 93 درجه سانتی گراد است، قرار می دهیم. بعد سکه را پس از 15 دقیقه از محلول های قلیایی بیرون آورده و با آب مقطر تست گسستگی آب را انجام می دهیم. سپس یکی از سکه ها را در بشری که حاوی اسید سولفوریک با بازدارنده است قرار می دهیم و دیگری را در بشری که اسید سولفوریک بدون بازدارنده است قرار می دهیم و پس از گذشت 15 دقیقه آن ها را از داخل بشر درآورده و با آب می شوریم. سپس در سل آبکاری مس قرار می دهیم تا مس روی سکه ها قرار گیرد. پس از آّبکاری باید ضخامت می آبکاری شده روی هر دو سکه را حساب کنیم.

مقدمه:

آبکاری

پوشاندن يک جسم با يک لايه نازک از يک فلز با کمک يک سلول الکتروليتی آبکاری ناميده می‌شود. جسمی که روکش فلزی روی آن ايجاد می‌شود بايد رسانای جريان برق باشد. الکتروليت مورد استفاده برای آبکاری بايد دارای يونهای آن فلزی باشد که قرار است لايه نازکی از آن روی جسم قرار بگيرند.

نگاه کلی

فرايند آبکاری معمولا″ با فلزات گرانبها چونطلاونقره‌وکرومجهت افزايش ارزش فلزات پايه مانندآهن‌ومس‌و غيره و همچنين ايجاد روکشی بسيار مناسب (در حدود ميکرومتر) برای استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. اين خواص می‌تواندرسانايی الکتريکیو جلوگيری از خوردگی باشد. فعل و انفعال بينفلزها با واسطه‌های محيطی موجب تجزيه و پوسيدگی آنها می‌شود چون فلزها ميل بازگشت به ترکيبات ثابت را دارند. پوسيدگی فلز ممکن است به صورت شيميايی(توسط گازهای خشک و محلولهای روغنی گازوئيل و نفت و مانند اينها) و يا الکتروشيميايی (توسط اسيدها و بازها و نمک‌ها) انجام پذيرد. طبيعت و ميزان خوردگی به ويژگی‌های آن فلز٬محيط و حرارت وابسته است. روشهای زيادی برای جلوگيری از خوردگی وجود دارد که يکی از آنها ايجاد روکشی مناسب برای فلزها می‌باشد و معمول‌ترين روشهای روکش فلزها عبارتنداز: رنگين کردن فلزات٬لعابکاری٬آبکاری با روکش پلاستيک٬حفاظت کاتديک‌وآبکاری با فلزاتديگر.

اصول آبکاری

به طور کلی ترسيب فلز با استفاده از يک الکتروليت را می‌توان به صورت واکنش زير نشان داد:

فلز <-------- (الکترون) z + کاتيون فلزی
ترسيب فلز با روشهای زير انجام می‌شود:

آبکاری الکتریکی

در اين روش ترسيب گالوانيک يک فلز بر پايه واکنشهای الکتروشيميايی صورت می‌گيرد. هنگامالکتروليزدر سطح محدود الکترود/الکتروليت در نتيجه واکنشهای الکتروشيميايی الکترون‌ها يا دريافت می‌شوند (احيا) و يا واگذار می‌شوند (اکسيداسيون). برای اينکه واکنشها در جهت واحد مورد‌ نظر ادمه يابند لازم است به طور مداوم از منبع جريان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص درآند و کاتدهمچنين در الکتروليت هميشه به صورت همزمان صورت می‌گيرند. محلول الکتروليت بايد شامل يونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون يونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمايل به حرکت در جهت الکترود يا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی يا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت يا آند ناميده می‌شود. به طور کلی سيکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به صورت زير در نظر گرفت:
- يک اتم در آند يک يا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت يون مثبت در می‌آيد.
- يون مثبت به طرف کاتد يعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند.
- اين يون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبديل به اتم به صورت جزيی از فلز رسوب می‌کند.

قوانین فارادی

قوانين فارادی که اساس آبکاری الکتريکی فلزها را تشکيل می‌دهند نسبت بين انرژی الکتريکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند.

• قانون اول: مقدار موادی که بر روی يک الکترود ترسيب می‌شود مستقيما″ با مقدار الکتريسيته‌ای که از الکتروليت عبور می‌کند متناسب است.
• قانون دوم :مقدار مواد ترسيب شده با استفاده از الکتروليت‌های مختلفتوسط مقدار الکتريسيته يکسانبه صورت جرم‌هايی با اکی‌والان مساوی از آنهاست.

بر اساس اين قوانين مشخص شده است که 96500 کولن الکتريسيته (يک کولن برابر است با جريان يک آمپر در يک ثانيه) لازم است تا يک اکی‌والان گرم از يک عنصر را رسوب دهد يا حل کند.

آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی

هنگام ترسيب فلز بدون استفاده از منبع جريان خارجیالکترون‌های لازم برای احيای يون‌های فلزی توسط واکنش‌‌های الکتروشيميايی تامين می‌شوند. بر اين اساس سه امکان وجود دارد:

• ترسيب فلز به روش تبادل بار (تغيير مکان‌) يا فرايند غوطه‌وری: اساس کلی اين روش بر اصول جدول پتانسيل فلزها پايه‌ريزی شده است. فلزی که بايد پوشيده شود بايد پتانسيل آن بسيار ضعيف‌تر (فلز فعال) از پتانسيل فلز پوشنده (فلز نجيب) باشد. و فلزی که بايد ترسيب شود بايد در محلول به حالت يونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن يک ميله آهنی در يک محلول سولفات مسفلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل يون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی ميله آهن باقی می‌ماند. يون مس دو الکترون را دريافت کرده احيا می‌شود و بين ترتيب مس روی ميله آهن می‌چسبد. و هنگامی که فلز پايه که بايد پوشيده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشيده شودآهن ديگر نمی‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکيل نمی‌شود و در نتيجه عمل ترسيب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال اين روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد٬ نقره‌کاری مس و برنج٬ جيوه‌کاری٬ حمام زنکات٬ روشهای مختلف کنترل و يا آزمايش٬جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قيمتی غير قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی.

• ترسيب فلز به روش اتصال: اين روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پايه با يک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ايفا می‌کند. برای مثال هنگامی که يک ميله آهنی (فلز پايه) همراه يک ميله آلومينيومی٬ به عنوان جسم اتصال در داخل يک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود٬ دو فلز آهن و آلومينيوم به جهت فعالتر بودن از مس٬ به صورت يون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومينيوم از آهن بيشتر است از اين رو اختلاف پتانسيلی بين دو فلز ايجاد شده و الکترون‌ها در روی يک سيم رابط٬ از سوی آلومينيوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراين مشاهده می‌شود که مقدار زيادی از يونهای مس محلول روی آهن ترسيب می‌شوند. ضخامت قشر ايجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسيار ضخيم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پيچيده استفاده می‌شود.

• روش احيا: ترسيب فلز با استفاده از محلولهای حاوی مواد احيا کننده٬ روش احيا ناميده می‌شود. يعنی دراين روش الکترونهای لازم برای احيای يونهای فلزات توسط يک احيا کننده فراهم می‌شود. پتانسيل احيا کننده‌ها بايد از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسيل به دلايل منحصرا″ کاربردی روکش‌ها٬ نبايد بسيار زياد باشد. برای مثال هيپوفسفيت سديم يک احيا کننده برای ترسيب نيکل است ولی برای ترسيب مس که نجيب‌تر است٬ مناسب نيست. مزيت استفاده از اين روش در اين است که می‌توان لايه‌هايی با ضخامت دلخواه ايجاد نمود. زيرا اگر مقدار ماده احيا کننده در الکتروليت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسيب را کنترل نمود. به ويژه غير هادی‌ها را نيز بعد از فعال نمودن آنها٬ می‌توان پوشش‌کاری کرد.

آماده سازی قطعات برای آبکاری

برای بدست آوردن يک سطح فلزی مناسب نخستين عملی است که با دقت بايد صورت گيرد٬ زيرا چسبندگی خوب زمانی به وجود می‌آيد که فلز پايه٬ سطحی کاملا تميز و مناسب داشته باشد. بدين علت تمام لايه‌ها و يا قشرهای مزاحم ديگر از جمله کثافات٬ لکه‌های روغنی٬ لايه‌های اکسيد٬ رسوبات کالامين که روی آهن در درجه‌های بالا ايجاد می‌شوند را از بين برد. عمليات آماده سازی عبارتند از:

• سمباده‌کاری و صيقل‌کاری: طی آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و يکنواخت تبديل می‌کنند.
• چربی‌زدايی: طی آن چربی‌های روی سطح فلزات را می‌توان توسط عملانحلال٬پراکندگی٬ امولسيون٬ صابونی کردن و يا به روش تبادل بار از بين برد.
• پرداخت: انحلال شيميايی قشرهای حاصل ازخوردگیروی سطح فلزات را پرداخت کردن می‌نامند که اساسا″ به کمک اسيدهای رقيق و در بعضی موارد توسط بازها انجام می‌گيرد.
• آبکشی٬ خنثی‌سازی٬ آبکشی اسيدی٬ خشک کردن: خنثی‌سازی برای از بين بردن مقدار کم اسيد يا مواد قليايی که در خلل و فرج قطعه باقی می‌مانندو همچنين آبکشی اسيدی برای جلوگيری از امکان تشکيل قشر اکسيد نازک غير قابل رؤيت که موجب عدم چسبندگی لايه الکتروليتی می‌شود.

موقعیت های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری

در سالهای اخير نانوتکنولوژی که همان علم و تکنولوژی کنترل و بکارگيری ماده در مقياس نانومتر است٬ تحقيقات فزاينده و موقعيت‌های تجاری زيادی را در زمينه‌های مختلف ايجاد نموده است. يک جنبه خاص از نانوتکنولوژی به مواد دارای ساختار نانويی يعنی موادی با بلورهای بسيار ريز که اندازه آنها معمولا کمتر از 100 ميکرومتر است می‌پردازد٬ که اين مواد برای اولين بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکی معرفی شدند. اين مواد نانوساختاری با سنتز الکتروشيميايی توليد شده‌اند که دارای خواصی از قبيل٬ استحکام٬ نرمی‌ و سختی٬ مقاومت به سايش٬ ضريب اصطکاک٬ مقاومت الکتريکی٬ قابليت انحلال هيدروژن و نفوذپذيری٬ مقاومت به خوردگی موضعی و ترک ناشی از خوردگی تنشی و پايداری دمايی را دارا هستند. دريچه‌های آبکاری الکتريکی برای سنتز اين ساختارها با استفاده از تجهيزات و مواد شيميايی مرسوم برای طيف گستره‌ای از فلزات خالص وآلياژها گشوده شده است. يک روش مقرون به صرفه برای توليد محصولاتی با اشکال بسيار متفاوت از پوششهای نازک و ضخيم٬ فويلها و صفحه‌ها با اشکال غير ثابت تا اشکال پيچيده شکل‌يافته با روشهای الکتريکی است. از اين رو فرصتهای قابل توجهی برای صنعت آبکاری وجود دارد تا نقش تعيين‌کننده‌ای را در گسترش کاربردهای جديد نانوتکنولوژی ايفا نمايد که اين امر به آسانی با تکيه بر اصول قابل پيش‌بينی متالوژيکی که در ساليان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.

آبکاری الکتریکی

آبکاری (به انگليسی: Electroplating) فرآيند (Plating) است که با احياکاتيون بوسيله جريان الکتريکی و نشاندن آن بصورت يک لايه روی ماده‌ای ديگر مانند فلز است. اين فرآيند برای افزايش ويژگی‌هايی مانند مقاومت به سايش و خوردگی و غيره بکار می‌رود.

فرآيندی که آبکاری بوسيله آن انجام می‌شود، (Electrodeposition) نام دارد و نحوه کار ان وارانه است. کاتد قطعه ايست که قرارست لايه رويش بنشيند، و آند فلزيست که روکش است. اين دو بوسيله الکتروليت با هم ارتباط الکتريکی دارند و با بکاربردن يکسوکنندهجريان مستقيم به آند می‌رسد و باعث انحلال اتم‌های آن می‌شود. در سوی ديگر، اين اتم‌ها با احيا در فصل مشترک کاتد و الکتروليت، بر روی آن رسوب می‌کنند. سرعت انحلال اتم‌ها از آند و احيای آنها در کاتد برابر است.

در گونه‌ای از آبکاری، آند از فلزی مانند سرب است که حل نمی‌شود و اتم‌هايی که بايد برای روکش احيا شوند از پيش در الکتروليت موجودند.

آبکاری با فلزات

آبکاری با نیکل

نيکل يکی از مهمترين فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود تاريخچه آبکارینيکل به بيش از صدها سال پيش باز می‌گردد اين کار در سال 1843 هنگامی کهتوانست رسوبات نيکل را از حمامی شامل سولفات نيکل و آمونيوم بدست آورد آغاز گرديد بعد از آن Adams اولين کسی بود که توانست آبکاری نيکل را در موارد تجاری انجام دهد. نيکل رنگی سفيد شبيه نقره دارد که کمی متمايل به زرد است و به راحتی صيقل‌پذير و دارای خاصيت انبساط و انقباض٬جوش‌پذير بوده و مغناطيسی می‌باشد. آبکاری با نيکل اساسا به منظور ايجاد يک لايه براق برای يک لايه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگیبرای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستيکهايی که با روش‌های شيميايی متاليزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شيميايی که در الکتروليتهای نيکل به کار می‌روند عبارتنداز:

• نمک فلزی (مهمترين آنها سولفات نيکل است و همچنين از کلريد نيکل و سولفومات نيکل نيز استفاده می‌شود.)
• نمک رسانا (برای بالا بودن قابليت رسانايی ترجيحا از کلريدها مخصوصا کلريد نيکل استفاده می‌شود.)
• مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسيد بوريک به کار برده می‌شود.)
• مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگيری از حفره ای شدن به الکتروليتهای نيکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده ناميده می شوند. سابقا از مواد اکسيد کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.)

آبکاری با کروم

روکش‌های لايه کروم رنگی شبيه نقره٬ سفيد مايل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و کاملا″ صيقلی شده در حد 65% است (برای نقره 88%و نيکل 55%) در حالی که خاصيت انعکاس نقره و نيکل با گذشت زمان ضايع می‌شود٬ در مورد کروم تغييری حاصل نمی‌شود. لايه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذيرند. کروم در مقابل گازها٬ موادقليايی و نمکها مقاوم است اما اسيد سولفوريک واسيد کلريدريک وساير اسيدهای هالوژن‌دار در تمام غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثير می گذارند. به دنبال رويين شدن شيميايی٬ روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند. از اين رو به تميز کردن و يا نو نمودن توسط محلولها يا محصولات حل کننده اکسيدها را ندارند. روکش‌های کروم تا 500 درجه سانتيگراد هيچ تغييری از نظر کدر شدن متحمل نمی‌‌شوند. رويين شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم٬ اکسيد کروم (3+) تشکيل می شود. اين عمل موجب جابه‌جايی پتانسيل کروم از 0.717 به 1.36 ولت می شود و کروم مثل يک فلز نجيب عمل می نمايد. لايه های پوششی کروم براق با ضخامت پايين (در حدود 1 ميکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزيينی با آن روبه رو هستيم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخيم که در مقابل خوردگی ضمانت کافی داشته باشد فقط از طريق کروم‌کاری سخت امکانپذير است. با توجه به اينکه پوشش‌های کروم الکتروليتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از اين رو کروم‌کاری تزيينی هرگز به تنهايی مورد استفاده قرار نمی‌گيرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهايی بر روی واکنش‌هايی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمايند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پايه محافظ از نيکل استفاده می‌شود.

آبکاری با مس

مس فلزی است با قابليت کشش بدون پاره شدن٬ نرم و هادی بسيار خوب جريان برق و گرما. مس از هيدروژن نجيب‌تر است و در نتيجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسيدهايی که اکسيدکننده نيستند نيز مقاومت دارد. اکسيدکننده‌ها و اکسيژن هوا به و يا اکسيد مس (II) مس را به اکسيد مس (I)  راحتی  تبديل می‌کنند اکسيدهايی که برخلاف خود فلز در اکثر اسيدها حل می‌شوند. به دليل وجود گازهای مخرب در محيط که دارای گوگردهستند٬ روی اشيايی که از جنس مس هستند لايه هايی از سولفور مس به رنگ‌های تاريک و يا سبز تشکيل می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری مس

• الکتر‌وليت‌هايی برپايه اسيد سولفوريک يا اسيد فلوريدريک
• الکتر‌وليت‌هايی که فسفات در بر دارند
• الکتر‌وليت‌ها ی يسيانيدی

الکتروليت‌های اسيدی بر پايه سولفات مس به غير از مس‌اندود نمودن مستقيم سرب٬ مس و  برای ديگر فلزات مناسب نيستند. اينها روی آهن٬ آلومينيم و روینيکل روکش نمی‌کنند به طور مستقيم توليد اگر در يک الکتروليت اسيد اشيايی از جنس آهن٬ آلومينيم و روی فرو ببريم يک لايه اسفنجی در نتيجه مبادله يونی ايجاد می‌شود. اين يک لايه پايداری بدون چسبندگی برای لايه‌های ديگر خواهد بود. بنابراين قبل از مس‌اندود نمودن اين فلزات در محيط اسيدی بايد حتما يک عمليات مس‌اندود نمودن در محيط اسيدی انجام گرفته باشد. الکتروليت‌های سيانيدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهميت زيادی پيدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سيانيدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتيجه پديده‌های شديد پلاريزاسيون٬ قدرت نفوذ الکتروليت‌های سيانيدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسيد است. الکتروليت‌های پيروفسفات مس برای ايجاد روکش‌های زينتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلياژهای آلومينيم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عمليات سمانتاسيون به کار برده می‌شود. موارد کابردی ديگر می‌توان مس‌کاری سيم‌ها و شکل‌يابی با برق را نام برد.

آلیاژهای مس

• : ناميده می‌شود CuZn30برنج آْلياژی از مس و روی که.
• برنز: آلياژی از مس و قلع می‌باشد.

آبکاری با روی

روی فلزی است به رنگ سفيد متمايل به آبی٬ بالاتراز 100 درجه سانتيگراد شکننده٬ مابين100 الی 200 درجه سانتيگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و می‌توان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای 200 درجه سانتيگراد دوباره شکننده می‌شود. خاصيت تکنيکی خيلی مهم روی حفاظت خيلی خوب پوشش‌های آن در مقابل خوردگی است. اين خاصيت ترجيحا بواسطه تشکيل لايه يکنواخت و چسبنده اتمسفر ايجاد می‌شود و عموما شامل اکسيد و هيدروکسيد کربنات روی و گاهی نيز سولفات و کلريد روی می‌باشد.

الکترولیت‌های آبکاری روی

• الکتروليت‌های اسيدی : اسيد سولفوريک - اسيد کليدريک و اسيد فلوبوريک.
• الکتروليت‌های بازی : سيانيدی - زنکاتی و پيروفسفات.

قديمی‌ترين نوع روی‌کاری گالوانيزاسيون است . در اين روش روی کاری٬ قطعات آهنی بعد از عمليات پرداخت در داخل روی مذاب در درجه حرارتی مابين 420 الی 450 درجه سانتيگراد فرو برده می‌شود. برای اهداف تزئينی از روی‌کاری براق استفاده می‌شود. اساسا″ ترکيب حمام‌های براق شبيه حمام‌های مات است٬ فقط حمام های براق دارای درجه خلوص بالاتر و بعلاوه مواد براق‌کننده آلیو غير آلیمی‌باشند .
معمولا لايه‌های پوششی روی عمليات پسين شيميايی توسط کروماته کردن و يا فسفاته کردن را پذيرا هستند. در نتيجه کروماته کردن لايه های روی خوردگی روی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌يابد.

آبکاری با کادمیوم

رنگ آن سفيد بوده و به نقره شباهت دارد. بسياری از خواص کادميوم به روی شبيه اند. لايه کادميوم به سهولت قابل لحيم‌کاری است. حفاظت ضدخوردگی کادميوم شديدا″ تحت تاثير محيط خورنده می‌باشد. با توجه به اينکه فلز کادميوم مسموم کننده است٬ بدين جهت از اين لايه ها نبايد برای قطعاتی که هميشه دم دست هستند و همچنين در صنايع غذايی استفاده نموده.

الکترولیت‌های آبکاری کادمیوم

حمام های کادميوم کاری بسيار متداول از انحلال اکسيد کادميوم و يا سيانيد کادميوم در سيانيد سديم توليد می‌شوند.
به وجود آمدن شکنندگی توسط هيدروژن در کادميوم کاری سيانيدی سبب شده است که الکتروليت‌های اسيدی برای کاربردهای ويژه‌ای تهيه شوند. تنها فرايندی که امروزه سودمند است٬ بر پايه حمام‌های فلوئوبرات مبتنی است.
عمليات پسين پوشش‌های کادميوم نيز به منظور بهتر نمودن منظر قطعه انجام می‌يابد. غوطه‌ور نمودن کوتاه مدت در اسيد نيتريک 0.5-0.3 درصد سبب براق شدن لايه‌ها از نوع نقره خواهد شد. در صورتی که بخواهيم لايه کادميوم در مقابل خوردگی مقاوم‌تر شود٬ به طريق پسين با استفاده از محلول‌های اسيد حاوی يونهای کروم (VI) ممکن خواهد بود. بر طبق غلظت و ترکيب محلول‌های کروم‌دار٬ لايه‌های کرومات به رنگهای آبی آسمانی٬ زرد براق يا سبز زيتونی ايجاد می‌شود که به طور قابل ملاحظه‌ای در مقابل خوردگی لايه را بهتر می‌نمايند.

آبکاری با قلع

قلع فلزی است براق٬ دارای رنگ سفيد نقره‌ای٬ در درجه حرارت معمولی در مقابل آب و هوا مقاوم است و اسيدها و بازهای ضعيف به سختی روی آن اثر می‌گذارند. برعکس اسيد و بازهای قوی به آسانی روی آن اثر می‌گذارند. به راحتی لحيم‌پذير است. قلع در مقابل مواد غذايی و اتمسفر معمولی تحت تاثير قرار نمی‌گيرد. با توجه به اينکه سمی نيست٬ کاربرد زيادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذايی و صنعت کنسروسازی دارد. با توجه به لحيم‌کاری بسيار عالی در صنعت برق نيز به کار برده می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری قلع

• الکتروليت‌های اسيدی : اسيد فنل سولفونيک - اسيد هيدروفلوريک و اسيد فلوئوروبونيک.
• الکتروليت‌های قليايی : براساس استانات سديم يا پتاسيم و هيدروکسيدهای مربوطه می‌باشد.

پوشش‌های قلع ايجاد شده روی قطعات به طريق الکتروليتی ظاهری کدر دارند با فرو بردن قطعات در حمام روغن داغ (Surfuion) براق می‌شوند. حمام‌های روغن داغ٬ خلل و فرج موجود در پوشش را از بين برده٬ مقاومت در مقابل خوردگی قشر را افزايش می‌دهند. همچنين با استفاده از يک محلول خيلی داغ کرومات قليايی حاوی يک تر کننده٬ می‌توان مقاومت در مقابل خوردگی قشر قلع‌اندود شده را بهتر نمود.

آبکاری با نقره

نقره فلزی قيمتی (نجيب)٬ به رنگ سفيد براق است. اسيد کلريدريک٬ اسيد سولفوريک و اسيد استيک به طور جزيی بر آن اثر می‌کند٬ برعکس اسيد نيتريک٬ آن را به صورت نيترات نقره حل می‌کند. نقره توسط سولفور هيدروژن و ترکيبات ديگر گوگرد توليد سولفور نقره به رنگ سياه می‌نمايد. اکسيژنهوا به نقره آسيبی نمی‌رساند.همچنين در مقابل اغلب محلول‌های نمکی و غذايی نيز مقاومت دارد.

الکترولیت‌های آبکاری نقره

حمام‌های نقره کاری شامل سيانيد ساده نقره٬ کربنات پتاسيم٬ سيانيد پتاسيم يا سيانيد سديم می باشد. هنگامی که از سيانيد پتاسيم استفاده می‌شود پوشش به سختی می سوزد. ضمنا لايه‌ها براق و حمام‌ها دارای خاصيت هدايت جريان بيش‌تری هستند. سيانيد قليايی موجود در الکتروليت تحت تاثير CO2 موجود در اتمسفر به طور جزيی تجزيه شده و توليد کربنات می‌کند. کربنات توليد شده خاصيت هدايت الکتريسيته و قدرت نفوذ الکتروليت را زياد می‌کند.
پوشش‌های نقره که در حمام‌های سيانيدی ساده ايجاد می‌شود کدر هستندو بايد در هنگام پوشش‌کاری برش‌کاری نمود. عمليات اجتناب‌ناپذير جلاکاری علاوه بر اينکه قيمت را بالا می‌برد٬ سبب از بين رفتن فلز نقره نيز می‌شوند. در حال حاضر حمام‌های نقره حاوی مواد افزودنی مختلف سبب ايجاد لايه‌های براق به کار برده می‌شوند. اين حمام‌ها معايب الکتروليت‌های ساده را ندارند.

آبکاری با طلا

طلافلزی‌ است قيمتی (نجيب)٬ به رنگ زرد٬ در طبيعت به صورت خالص پيدا می‌شود. طلا در مقابل اتمسفر٬ آب٬ محلول‌های نمکی و اسيدها آسيب ناپذير است. تنها تيزاب (يک حجم نيتريک و سه حجم اسيد کلريدريک) يا اسيد کلريدريک با داشتن اکسيدکننده‌ها طلا را حل می‌کند. برای بهتر نمودن خواص پوشش طلای ترسيب شده به طريق الکتروشيميايی٬ به الکتروليت‌های طلا مواد شيميايیکاملا مشخص افزوده می‌شود. پوشش‌های آلياژی نقش مهمی در روکش طلای الکتروليتی دارند. همچنين می‌توان به طور مناسبی خواص ويژه روکش‌ها٬ مانند سختی٬ براق نمودن و رنگ را تحت تاثير قرار داد.
طلاکاری با ضخامت کم (آبنوس‌کاری الکتريکی طلا) درزرگری به کار می‌رود. ايجاد لايه‌هايی با ضخامت نسبتا نازک به ضخامت در حدود 0.01 الی 0.1 ميکرومتر فلز پايه را در مقابل کدر شدن مقاوم می‌کند. به علاوه رفته رفته لايه‌های ضخيم به ويژه در قطعات صنعتی به کار می‌برند٬ به عنوان مثال در صنعت الکترونيک برای ارتباطات در مدارهای چاپی٬ در صنايع فضايی٬ در ساختن وسايل سفره (کارد٬ قاشق و چنگال) و در صنعت شيميايی به عنوان ضدخوردگی

آبکاری با فلزات گروه پلاتین

به طور کلی پلاتين٬ پالاديوم٬ روديوم٬ روتنيوم٬ اسميوم و اريديوم را فلزات گروه پلاتين می‌نامند. فلزات گروه پلاتين در صنعت مدرن رفته رفته اهميت پيدا می‌کنند و از آنجايی که گرانبها هستند سعی می شود به جای استفاده از فلزات گروه پلاتين در صنعت پوشش کاری٬ از فلزات ديگر استفاده شود. از فلزات گروه پلاتين در صنعت تجهيزات آزمايشگاهی پيشرفته و مدرن٬ در صنعت الکتروتکنيک٬ در زرگری و در صنعت شيميايی به عنوان کاتاليزور استفاده می‌کنند.

آبکاری اجسام غیر هادی

پوشش‌کاری مواد غير هادی (مثلا : شيشه٬ موادمعدنی٬نيمه‌هاديها٬ سراميک٬ چرم٬ برگ درختان٬چوب٬پارچه و مواد پلاستيکی) به روش گالوانيک (الکتروليتی با استفاده از منبع جریان خارجی)٬ در صورتی که سطح آنها قبلا توسط يک روکش هادی جريان پوشيده شده باشد٬ ممکن خواهد شد. مشکلات فلز اندود نمودن غير هادی‌ها٬ در ترسيب الکتروليتی نيست٬ بلکه در چسبندگی روکش فلزی است. غيرهادی ها بعد از يک آماده‌سازی کامل٬ آماده فلزاندود کردن هستند که بر روی آنها بتوان يک پوشش فلز با چسبندگی خوب افزود. در نتيجه فلزاندود نمودن مواد پلاستيکی٬ خواص جالب پلاستيک (برای مثال٬ وزن سبک٬ تغيير شکل آسان با کيفيت سطح استثنايی٬ ارزان قيمت بودن نسبت به فلز) با خواص روکش‌های فلزی حاصله از آبکاری با برق به دست می‌آيد

روش کار :

ابتدا باید محلول های قلیایی و اسیدی را درست کنیم، پس به صورت زیر عمل می کنیم: